2. Виды ионизирующих излучений

Элементы, обладающие способностью радиоактивного распада, называются радиоактивными; они могут быть естественными, такие, как уран, радий, торий и др. (всего около 50 элементов), и искусственными, для которых радиоактивные свойства получены искусственным путем (более 700 элементов).

При радиоактивном распаде имеют место три основных вида ионизирующих излучений: альфа, бета и гамма.

Альфа-частица — это положительно заряженные ионы гелия, образующиеся при распаде ядер, как правило, тяжелых естественных элементов (радия, тория и др.). Эти лучи не проникают глубоко в твердые или жидкие среды, поэтому для защиты от внешнего воздействия достаточно защититься любым тонким слоем, даже листком бумаги.

Бета-излучение представляет собой поток электронов, образующихся при распаде ядер как естественных, так и искусственных радиоактивных элементов. Бета-излучения обладают большей проникающей способностью по сравнению с альфа-лучами. Для защиты от бета-частиц достаточно алюминиевой пластины толщиной в несколько миллиметров.

Гамма-излучение, или кванты энергии (фотоны), представляют собой жесткие электромагнитные колебания, образующиеся при распаде ядер многих радиоактивных элементов. Эти лучи обладают гораздо большей проникающей способностью. Поэтому для экранирования от них необходимы специальные устройства из материалов, способных хорошо задерживать эти лучи (свинец, бетон). Ионизирующий эффект действия гамма-излучения обусловлен в основном как непосредственным расходованием собственной энергии, так и ионизирующим действием электронов, выбиваемых из облучаемого вещества.

3. Основные закономерности биологического действия ионизирующего излучения на организм человека

Радиация по своей природе вредна для жизни. Малые дозы облучения могут "запустить" цепь событий, приводящую к раку или к генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и явиться причиной скорой гибели организма.

Ионизирующие излучения любого вида не имеют избирательного действия, т. е. они влияют на все ткани и системы организма без исключения. Величина поглощенной энергии радиоактивного излучения, при которой наступает заметный биологический эффект, незначительна. Невелико и число ионизированных молекул в биологических тканях даже при смертельных дозах.

Наши органы чувств не улавливают ионизирующего излучения, т. е. мы не ощущаем изменения свойств окружающей среды в момент излучения ни по температуре, ни по шуму, свету, давлению, запаху, цвету и т. д. Человек не получает сигнала бедствия от организма, поэтому возможно облучение в больших дозах. Установлено, что любое воздействие ионизирующего излучения небезразлично для организма.

Процессы взаимодействия ИИ с веществом клетки, в результате которого образуются ионизированные и возбужденные атомы и молекулы, являются первым этапом развития лучевого поражения. Они участвуют в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, включая и такие чрезвычайно реакционно-способные, как "свободные радикалы" (Н⁺;ОН^-;НО₂ - пероксид).

В течение следующих миллионных долей секунды образовавшиеся свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с другими молекулами, и через цепочку реакций, еще не изученных до конца, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.

Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или таких изменений в них, которые могут привести к злокачественным новообразованиям.

ИИ вызывают острые поражения организма, т. е. острую лучевую болезнь, только начиная с некоторой минимальной или "пороговой" дозы облучения. Этим порогом является величина эквивалентной дозы 100 бэр. Начиная со 100 до 600 бэр биологический эффект облучения прямо пропорционален дозе излучения.

100 бэр - острая лучевая болезнь;

500 бэр в течение года - хроническая лучевая болезнь;

300 бэр - катаракта;

300 бэр - стерилизация;

400 бэр - эпиляция.

Большая часть лучевых поражений возникает спустя длительный срок после острого однократного или хронического облучения. Они являются так называемыми отдаленными эффектами облучения.

К отдаленным эффектам относятся:

1. Сокращение продолжительности жизни. Дополнительное облучение в дозе 1 бэр сокращает продолжительность жизни от 3 до 7 дней.

2. Лучевые катаракты, которые возникают через несколько лет.

3. Злокачественные новообразования. Проявляются в период от нескольких до 40 лет. В среднем лейкемия появляется через 15 лет после облучения, рак - через 10-15 лет.

4. Эмбриотоксические эффекты, т. е. последствия облучения плода. Установлено, что плод весьма чувствителен к облучению, особенно в период органогенеза, т. е. на 4-12-й нед. беременности.

5. Генетические эффекты - врожденные уродства и нарушения, передающиеся по наследству.

Злокачественные новообразования, эмбриотоксические эффекты и генетические эффекты называются стохастическими (т. е. вероятностными, случайными). Стохастические эффекты не имеют дозового порога. Возникновение стохастических эффектов теоретически возможно при сколь угодно малой дозе облучения, при этом вероятность их возникновения тем меньше, чем ниже доза.

Механизм возникновения стохастических реакций - это двойной разрыв хромосом соматических клеток разных органов и тканей, что ведет к злокачественным новообразованиям, или двойной разрыв хромосом в половых клетках, что ведет к появлению генетических эффектов.

Детерминированные эффекты излучения возникают только после воздействия определенных пороговых доз, ниже которых эти эффекты клинически не проявляются. При воздействии доз выше пороговых тяжесть эффекта зависит от дозы. К детерминированным эффектам относятся острая и хроническая лучевая болезнь, лучевые ожоги, лучевые катаракты, нарушения гемопоэза, временная или постоянная стерильность.

Появление тех или иных эффектов облучения в организме теплокровных животных зависит от ряда факторов:

1. От величины дозы.

2. От вида излучения (α-, β-, γ-частицы, нейтроны, рентгеновское излучение) и способа облучения (внешнее или внутреннее).

3. От длительности и дробности излучения, т. е. от мощности дозы.

4. От объема облучаемых тканей.

5. От радиочувствительности и функционального значения облучаемых органов.

В зависимости от радиочувствительности выделяют три группы критических органов, т. е. органов, которые наиболее поражаются в результате ИИ, или преимущественного накопления радионуклидов (при внутреннем облучении), или в результате максимальной радиочувствительности (при внешнем облучении):

I группа - все тело, гонады, красный костный мозг

II группа - все внутренние органы;

III группа - кожа, предплечья, кисти, лодыжки.

6. От индивидуальных особенностей организма человека, которые определяются:

- полом (женщины, особенно в репродуктивном периоде, более чувствительны к воздействию ИИ, так как красный костный мозг работает более интенсивно);

- возрастом (наиболее чувствителен плод от 5 до 12 нед., максимальная чувствительность у новорожденного, по мере роста ребенка чувствительность к ИИ снижается). Минимальная радиочувствительность - с 18-20 до 60 лет. После 60 лет чувствительность к ИИ повышается, так как со старением ослабевают механизмы организма;

- функциональным состоянием организма. В состоянии нервно-психического возбуждения чувствительность к ИИ повышается, так как увеличивается интенсивность обмена веществ, а во время сна чувствительность организма к ИИ минимальна.

7. От условий внешней среды (микроклимат, перепады давления, содержание кислорода во внешней среде). Чем больше кислорода во внешней среде, тем больше чувствительность организма к ИИ, так как чем больше кислорода в организме, тем более активно образуются в организме свободные радикалы.

Сейчас во всем мире принята концепция беспороговости облучения, т. е. любая доза ИИ, как бы мала она ни была, является потенциально опасной для здоровья.