Биологическое действие радиации.

Действие ионизирующих излучений на живые орга­низмы изучают с тех пор, как французскому ученому Андре Беккерелю в1896 г. удалось открыть явление радиоактивности. К ионизирующим относятся рентгеновские и гамма-излучения проявляющиеся в виде порций энергии, или так называемых квантов.

Пролетая над оболочкой атома, кванты и частицы способны вырывать из нее электрон. Лишившись отрица­тельно заряженного электрона, атомы и молекулы стано­вятся положительно заряженными ионами. Так в общих чертах происходит процесс ионизации атомов и молекул. Наряду с этим при взаимодействии ионизирующих излу­чений с растворителями биологических молекул (водой или жирами) возникают и другие продукты ионизации - свободные радикалы (активные фрагменты молекул), обладающие одним или двумя не спаренными электро­нами.

Ионы и радикалы в силу своей высокой реактивности способны вступать в сложные химические реакции с дру­гими молекулами, а сверх того выбитые радиацией элек­троны могут вызывать все новые и новые акты ионизации. Такая цепь событий приводит обычно к различным дест­руктивным изменениям макромолекул, из которых по­строены живые системы.

Удивительно различной оказалась чувствительность к радиации биологических макромолекул, находящихся в пробирке (вне организма) и в составе живых клеток. Повреждение 0,001-0,1% ДНК, практически не улавли­ваемое вне организма, приводит к катастрофе, если эти макромолекулы находятся в составе живой клетки. Та­кое различие возможно объяснить прежде всего двумя причинами. Во-первых, макромолекулы ДНК, из кото­рых состоят гены, уникальны. Они содержатся в ядре клетки в количестве одной, двух или нескольких копий. Значит, повторяемость их ограничена. Во-вторых, в жи­вой клетке и в целом организме существуют разного ро­да механизмы, многократно усиливающие первоначаль­ный эффект. Это усиление проявляется, например, в том, что изменение (мутация) всего лишь одного гена в поло­вой клетке в последующем - при оплодотворении ее и созревании плода - воспроизводит эту мутацию во всех клетках организма в форме отклонений в структуре и функциях.

Лимфоциты и другие клет­ки иммунной системы являются соматичес­кими клетками. Наиболее полно изучен процесс гибели соматических клеток в результате облучения. Различают две основные разновидности гибели клеток при их контакте с радиа­цией: репродуктивную (в момент деления клеток) и интерфазную (в период покоя - между предшествую­щим и последующим делением).

В обоих случаях глав­ная причина гибели клеток кроется в нарушении хромо­сом, а точнее, разрыва молекул ДНК. Каждая хромосома состоит из двух нитей ДНК. В зависимости от мощно­сти радиации разрыв может произойти в одной или в обеих нитях ДНК.

Единичные разрывы одной нити легко залечиваются (восстанавливаются). Для этого в клетке "существует специальная репарационная система с набо­ром восстановительных ферментов. А если происходит одновременный разрыв обеих нитей. В этом случае нити разъединяются, репарация становится клетка, как правило, погибает. При интенсивном облучении погибают любые делящиеся клетки (репродуктивная гибель), и прежде всего те, которые имеют двухнитевой разрыв ДНК. Интерфазная гибель связана с процессом созревания «покоящихся» клеток и является уделом лишь немногих типов кле­ток, в число которых входят лимфоциты. Интерфазные клетки погибают быстро - в течение первых суток после облучения. Механизмы ее реализации не до конца изуче­ны. Существует представление, что интерфазная ги­бель – это ускорение естественной, генетически запрограммированной гибели клеток. Первоначально под влиянием фермента эндонуклеазы разрушается ДНК, а вслед за этим происходит невосстанавливаемое нарушение це­лостности клеточных мембран. Такая форма гибели на­блюдаете не только при радиационном облучении, но и при действии на клетку УФ-лучей, кортикостероидных гормонов и некоторых лекарств. Следовательно, фактор радиации не имеет каких-либо особых отличий от физио­логических факторов, запускающих биологические про­цессы. Вероятно, клетки способны переводить любые молекулярные события, возникшие под действием раз­личных внешних факторов, на стандартный язык внутри­клеточных сигналов.

Репродуктивная и интерфазная формы гибели облучаемых клеток являются причиной радиационного поражения высших организмов. При этом в связи с гибелью лимфо­цитов опустошаются органы иммунной системы поочеред­но в две волны. Раннее опустошение возникает в резуль­тате интерфазной гибели. Более позднее наступает попричине репродуктивной гибели клеток. Репродуктивной гибели, как было сказано, подвержены все интенсивно., обновляющиеся ткани. В их число входят кроветворная, иммунная, генеративная ткани, слизистые ткани кишечника и т.д. Именно их поражение составляет наиболь­шую часть патологического процесса, который называют лучевой болезнью .

Более целостную картину общего лучевого пораже­ния организма в зависимости от дозы мы рассмотрим с помощью табл.1.

Табл.1 Шкала биологических эффектов при общем облучении

Доза(грей)	Эффект
~2000	Смерть под лучом
10--100	Церебральная форма лучевой болезни (коматозное состояние, летальный исход через 1-2 часа)
6--10	Кишечная форма лучевой болезни (тяжелое поражение слизистой кишечника, летальный исход 3-12дней)
4--6	Костномозговая форма лучевой болезни(тяжелое поражение костного мозга, нарушение слизистой кишечника)
2--4	Средняя тяжесть лучевой болезни (сокращение средней продолжительности жизни на 3-9лет)
1--2	Иммунодифицитное состояние(пострадиационный канцерогенез)
0,5--1	Нарушение кроветворения, первичные нарушения иммунитета, удвоение мутаций, учащение злокачественных новообразований
0,1--0,5	Временная мужская стерильность
0,05--0,1	Регистрация мутаций
0,002--0,05	Стимуляция жизнедеятельности
0,001--0,002	Оптимум жизнедеятельности
Менее 0,001	Угнетение жизнедеятельности

Одна­ко и на данной схеме шкала биологических эффектов пострадиационного действия минимальна. Помимо этих эффектов, имеются и другие - различные нарушения функций иммуноцнтов, количественного соотношения различных форм иммуноцнтов при их кооперативных взаимодействиях, радиационное старение облученных органов, иммунной системы и т. д.

При этом следует сказать, что для всех ионизирующих излучений принято различать три дозы Поглощенную дозу определяют по количеству, энергии, поглощенной облучаемым объектом, и выражают в греях. Экспозиционную определяют по ио­низационному эффекту в воздухе при нормальных условиях и обозначают «кулон на кг» Эквивалентную определяю по биологическим эффектам и выражают в зивертах.

В таблице № 2 приведены единицы измерения ука­занных доз в международной системе единиц--СИ и соотношение их с внесистемными (производными) еди­ницами.

Особо следует оговорить соотношение единиц поглощенной, экспозиционной и эквивалентной доз для гамма- и рентгеновского излучений, где 1 Гр=1 ЗБ, а 1 рад= 1 бэр. В связи с тем что степень поражаемости (радиочувствительность) биологических объектов определяется поглощенной дозой излучения и восприим­чивостью данного объекта к действию радиации, дозы на рис. 1 в основном тексте выражены нами в греях.

Радиационное поражение иммунной системы

Для того чтобы разобраться в особенностях действия радиации на различные звенья иммунной системы, нам необходимо ответить на вопрос - каким образом определяют радиочувствительность биологических объектов. Считают, что радиочувствительность зависит от поглощенной дозы и восприимчивости биологического объекта к радиации. Ее оценивают на разных биологических уровнях по-разному.

Радиочувствительность на уровне организма, к при­меру, оценивают с помощью,ЛД 50/30 - летальной дозы, вызывающей гибель 50% облученных организмов в тече­ние 30 дней после облучения; на уровне клеток с помо­щью дозы, обозначаемой Д 37 . Дело в том, что радийочувствительность клеток удобнее : всего измерять в дозах, при которых на одну клетку в среднем приходится одно смертельное попадание частиц или квантов энергии. Но из-за того что попадания распределяются случайно, не­которые клетки поражаются дважды или трижды, а дру­гие вообще остаются непораженными. По законам статистики таких непораженных клеток оказывается -37%. Поэтому Д 37 взята за критерий оценки радночувствительности клеток. Для гибели клеток любых типов в мо­мент деления Д 37 примерно одинакова и составляет 1 Гр. Аналогичная доза и для лимфоцитов, вступающих в деление. Чувствительность интерфазных (покоящихся) клеток разнообразнее, поэтому Д 37 для них варьирует от 0,5 до 3 Гр.

Если говорить о дозе, то радиационная гибель клеток заметно проявляется в пределах 1 Гр. По мере уве­личения дозы число погибающих клеток нарастает вплоть до 6-7 Гр. После этого в организме остаются только радиоустойчнвые клетки лимфоидных тканей - макрофаги, элементы стромы (эпителъные и соединительнотканные клетки), составляющие каркас органов, а также некоторая часть функционально зрёлых лимфоци­тов, неуязвимых для радиации.

Если говорить о времени, то лимфоциты погибают в несколько этапов. Впервые сутки (спустя 6 - 12 часов) после облучения начинается интерфазная гибель клеток, которая приводит к весьма ощутимым последствиям. По мере гибели клеток уменьшаются размеры всех лимфоидных органов. Они как бы опустошаются, хотя их ткане­вый каркас сохраняется полностью. Вслед за этим начи­нается второй этап опустошения лимфоидных органов. Он идет в течение, последующих 3-4 суток, но значи­тельно медленнее. На этом этане причиной опустошения становится репродуктивная гибель делящихся клеток. Деление клеток в этом случае провоцируется притоком различных (микробных) антигенов, нашествие которых усиливается в связи с нарушением естественных барье­ров (кожи, слизистых тканей и т. д.).

Радиационное нарушений барьерных функций кожи и слизистых, строго говоря, не имеет прямого отно­шения к иммунной системе. Но это обстоятельство свидетельствует о том, насколько важны цело­стность и сохранение взаимосвязей различных систем для общей безопасности организма.

Радиационное нарушение естественных барьеров наводнение организма бактериальной флорой и пе­реход большинства лимфоцитов к делению создают са­мый драматический период в отношениях между лимфо­цитами м радиацией. Только через 3 - 4 дня меняется си­туация. При относительно переносимой дозе она меняет­ся к лучшему. Клетки, не задетые или слабо задетые ра­диацией; перейдя в фазу покоя, могут развиваться даль­ше, переходить в фазу зрелости, а в дальнейшем и вы­полнять свои иммунологические функции. Потомки В-лимфоцитов (антителопродуценты) начинают выде­лять антитела, Т-киллеры-активно разрушать клетки - мишени,а Т-хелперы - синтезировать и выделять необ­ходимые для межклеточного взаимодействия регуляторные белки (интерлейкины и т. д.).

На стадии функциональной зрелости лим­фоциты, как правило, устойчивы к радиации даже в дозе нескольких десятков греев. В этом состоянии им не гро­зит интерфазная гибель, а опасность репродуктивной гибели они миновали.

Однако ситуация меняется при полу­чении труднопереносимых доз облучения. Иммунной си­стеме очень трудно возместить колоссальные потери. Поэтому всякий раз, когда облученные лимфоциты ата­куются массой антигенов, на карту ставится не только жизнеспособность лимфоидных клеток, но и жизнь само­го организма.

Говоря об интерфазной и репродуктивной гибели лимфоцитов мы, по существу, обсуждаем радио­чувствительность двух фаз жизненного цикла этих кле­ток- фазы покоя и фазы деления, хотя фаза по­коя-понятие весьма относительное. В этот период жизненного цикла клетки либо дифференцируются, т. е созревают переходя от одной стадии развития к другой, либо, достигнув стадии зрелости; выполняют свои пря­мые функциональные обязанности. Как видим, радиочувствительность разных стадий развития может отличаться весьма значительно. Проил­люстрируем это на примере: Т-клеток. Самые юные фор­мы Т-клеток, ранние тимоциты и самые радиоустойчивые. Благодаря им организм, попадая в тяжелые ситуа­ции, оказывается небезоружным при восстановлении облученной популяции Т-клеток. Клетки следующей стадии- кортикальные тимоциты, напротив, самые радиочувствительные клетки иммуннои системы, а может.быть, и всего организма. Они необыкновенно хрупкие и поэто­му при любых стрессовых ситуациях поражаются первы­ми. Даже в норме большая их часть погибает, не выходя из тимуса. На следующей стадии развития, перед встре­чей с антигеном, клетки хотя и радиочувствительны еще, но намного меньше, чем корковые тимоциты.

При сравнительном изучении радиочувствительности иммуноцитов выявилось, что В-лимфоциты, ответствен­ные за образование антител более радиочувствительны, чем Т-лимфоциты, а среди них Т-хелперы. : (особенно те, которые участвуют в реакциях клеточного, а не гуморального иммунного ответа). Именно Т-лнмфоциты обна­руживаются среди немногочисленных выживших лимфо­цитов в лимфоидных органах после действия высоких доз радиации (десятки греев). Отметим, что популяций В-клеток более однородны по радиочувствительности, не­жели Т-клетки.

Отсюда и разная степень поражения клеточных и гуморальных форм иммунного ответы, ведь он определяется радиочувствительностью клеток, ответ­ственных за эти формы ответа-(рис. 1).

Рис1.Радиочувствительность различных типов иммунного ответа

Иммунологические реакции, в основе которых лежит ответ В-лимфоцитов (образование антител), сильнее страдают от радиации, чем Т – клеточные реакции. Более уязвимой оказывается антибактериальная защита, свя­занная с продукцией антител, и менее - противовирус­ная защита, зависимая от Т-лимфоцитов. Однако нет правил без исключения, о чем свидетельствуют и супрессорные клетки. Их нестимулироваиные антигенами пред­шественники ничем не отличаются по радиочувствитель­ности, от большей части других Т-клеток. После же контакта с антигенами и созревания в функционально ак­тивные формы Т-супрессоры оказываются в особом по­ложений. Вместо того чтобы после стимуляции стать радиоустойчивыми, они сохраняют довольно высокую радиочувствительность. Поэтому большая их часть поги­бает при дозах 4 - 6 Гр.

Довольно устойчивы к радиации естественные киллеры (ЕК-клеткик) ответственные за противоопухолевый иммунитет. Д 37 для них находится в пределах 7-8 Гр. Им не нужен предварительный контакт с антигенами, чтобы выполнить функцию клеток-убийц или приобрести радиоустойчивость.

Клетки памяти более радиоустойчивы, чем «девственные>, не контактировавшие с антигеном, лимфоциты. Этим объясняется большая радиоустойчивость вторичного иммунного ответа по сравнению с первичным иммун­ным ответом.

Однако разница между радиочувствитель­ностью девственных лимфоцитов и. клетками памяти не столь велика, чтобы, ею можно было объяснить различия между радиочувствительностью первичного и вторичного ответов. Этот процесс, оказалось, зависит не только от особенностей клеток, но и от высокой оснащенности вто­ричного ответа. Дело в том, что в наличии всегда оказы­вается гораздо больше клеток, чем требуется для эффек­тивного иммунного ответа. Поэтому гибель какого-то про­цента клеток до определенного момента почти не сказы­вается на уровне иммунного ответа.

При облучении очень уязвимыми оказываются все процессы, связанные с межклеточными контактами. Без кооперативного взаимодействия между Т-В-А- клетками практически, не обходится ни одна реакция иммунного ответа. Существует два вида межклеточного взаимодей­ствия - гуморальный (дистанционный) и клеточный (контактный). При облучении сильнее, поражается вто­рой, что связано со специфическим нарушением рецеп­торных систем клеточных мембран. Мы уже упоминали, что В-клетки не всегда способны в одиночку справиться с тем или иным очагом заболевания. И тогда к ним на помощь спешат Т-клетки, чтобы контактным способом завершить иммунный процесс. Однако очень часто про­цесс прерывается, так как чем сильнее задействованы межклеточные контакты в иммунных реакциях, тем силь­нее на них действует облучение. Иммунный ответ в значительной степени зависит от того, когда произошла встреча иммуноцитов с антигенами – до и после облучения. В эксперименте эти процессы изучают на животных, проводя их иммунизацию, т.е вводят им антигены.

При облучении, нарушается процесс, избирательного проникновения лимфоцитов из кровяного русла в лимфоидные органы. В этом случае нарушается, как говорят иммунологи «домашний нстинкт» лимфоцитов, т. е. их способность находить свой дом (лимфоидные органы). Причина – в нарушении мембранных систем распозна­вания этих клеток. Нарушается путь миграции лимфоцитов в лимфоузлы кишечника, дыхательных путей и т. д., хотя в селезенку путь, остается свободным, что объясня­ется своеобразным строением ее капилляров. Поэтому и возникает такая ситуация, когда лимфоциты беспрепятственно проникают в селезенку, но не могут мигрировать в лимфоузлы. А это для них очень важно, ибо именно в лимфоузлах они рекрутируются, призываются на службу для защиты организма от внешней и внутренней агрес­сии. Поэтому подавление иммунного ответа в лимфоуз­лах выражено сильнее, чем в селезенке.

После облучения иммунитет подавляется в результа­те поражения иммуноцитов и проявляется в снижении максимальных показателей иммунных реакций (титра антител, активности киллеров) и замедлении темпов по установлению «нового максимального уровня» этих пока­зателей. Все это оказывает вредное влияние на защит­имые функции, особенно от внешней биологической аг­рессии. Облученная иммунная система не в состоянии дать надлежащий отпор микробам, наполняющим орга­низм после облучения. Продукты жизнедеятельности микробов, оказывают на организм дополнительное иммунодепрессивное действие. Ситуация осложняется и тем, что наряду с патогенной флорой начинает активизиро­вать и проявлять патогенные свойства облигатная (безвредная или частично полезная) микрофлора, до того мирно обитавшая в дыхательном и пищеварительном трактах и на коже. Таким образом формируются вторичные иммунодефицитные состояния, причина которых так называемые оппортунистические инфекции.

Проблема перехода облигатных микробов в условно-патогенное состояние становится все более острой в свя­зи с ухудшением экологической обстановки в окружаю­щей нас среде. И роль радиации здесь, как мы знаем, значительна.

В радиационной иммунологии при обсуждении радио­чувствительности чаще всего речь идет о радиационной гибели клеток. В действительности же дело не исчерпывается только тем, выживет клетка или погибнет. Ведь выжившие после облучения клетки не всегда сохраняют свою функцию. Как правило, нарушается биоэнергетиче­ский потенциал клеток, работа ядерного аппарата, мем­бранных систем и т. д. Полное выздоровление у облученных клеточных популяций наступает редко, а восстановление их функциональных качеств обычно сопряжено с их количественным обновлением. Функциональные нару­шения без гибели более характерны для макрофагов и других вспомогательных клеток иммунной системы.

Не вызывает никаких сомнений снижение устойчиво­сти к возбудителям инфекций (инфекционного иммуните­та). А вот действие радиации на противоопухолевый им­мунитет сложнее. Хотя облучение и повышает частоту появления опухолей, однако развиваются они в более поздние сроки.

Кратко рассмотрим результаты радиационного воз­действия на аутоиммунные процессы. С первого взгляда кажется неожиданным: почему на фоне общего уровня аутоиммунных процессов активизируются реакции, на­правленные против антигенов собственных клеток и тка­ней. В норме терпимость (толерантность) к собственным антигенам надежно обеспечивается механизмами цен­тральных и периферических органов иммунной системы.

В момент созревания лимфоцитов на уровне централь­ных органов формируется первый щит - выбраковка клеточных клонов, направленных против собственных антигенов. Второй щит - запрет на реакции против своих антигенов осуществляется супрессорами, которые накла­дывают свое «вето» на конфликт между иммунной системой и клетками собственного тела. Но радиация, пора­жает оба щита, нарушает законы толерантности. В ре­зультате наблюдается деструкция тканей и органов тела, аутоантигены высвобождаются из-под влияния естест­венных взаимосвязей, ослабляется реакция на «чужое» и усиливается реакция на «свое». А это означает, что ра­диация не просто подавляет иммунитет она извращает согласованную работу иммунной системы, нарушает ос­новы ее деятельности..

Все рассказанное позволяет нам сделать следующие обобщения. Поражение клеток, приводящее к их гибели или снижению функциональной активности, - вот при­чина ослабления иммунитета. Самые радиочувствитель­ные - лимфоциты. Среди и субпопуляций и лимфоцитов существуют свои внутренние различия. В-лимфоциты более чувствительны к облучению, чем Т-лимфоциты. В пределах популяции Т-клеток обнаруживаются различия. Самые радиоустойчивые из них Т-хелпер, а самые радиочувствительные Т-суппрессоры. К радйоустойчивым принадлежат также естест­венные киллеры и магкрофаги. Большая часть лимфоци­тов при облучении гибнет в интервале от 0,5 до 6 Гр. В первые сутки гибнут в основном интерфазные клетки, а в следующие 3-4 суток (как правило, в присутствии антигена) гибнут делящиеся клетки.

Всё лимфоциты (кроме супрессоров) после контакта с антигеном и достижения зрелой (эффекторной) стадии приобретают повышенную радиоустойчивость. В резуль­тате облучения наиболее поражаемым оказывается противоннфекционный иммунитет. Противоопухолевый им­мунитет также поражается, но последствия обнаружива­ются лишь спустя продолжительное время. Аутоиммунитет в отличие от двух первых, напротив, усиливается. Несмотря на относительно высокую радиочувствительность лимфоцитов, иммунная система самая уязвимая среди других систем организма в пре­делах доз не выше среднелетальных именно от иммунной системы, ответственной за индивидуальную целостность конкретного организма.

Факторы влияющие на радиационное поражение. На конечный биологический эффект влияют различные факторы, которые в основном делятся на физические, химические и биологические. Среди физических факторов на первом месте стоит вид излучения,характеризуемый относительной биологической эффективностью. Различия биологического действия обусловлены линейным переносом энергии данного вида ионизирующего излучения, связанным с плотностью ионизации и определяющим способность излучения проникать в слои поглощающего его вещества. ОБЭ представляет величину отношения дозы стандартного излучения (изотоп 60Со или рентгеновское излучение 220 кВ) к дозе исследуемого излучения, дающей равный биологический эффект. Так как для сравнения можно выбрать множество биологических эффектов, для испытуемого излучения существует несколько величин ОБЭ. Если показателем пострадиационного действия берется катарактогенный эффект, величина ОБЭ для нейтронов деления лежит вдиапазоне 5-10 в зависимости от вида облученных животных, тогда как по важному критерию - развитию острой лучевой болезни - ОБЭ нейтронов деления равняется примерно 1. Следующим существенным физическим фактором является доза ионизирующего излучения, которая в Международной системе единиц (СИ) выражается в грэях(Гр). 1 Гр=100 рад, 1 рад=0,975 Р. От величины поглощенной дозы зависят развитие синдромов радиационного поражения и продолжительность жизни после облучения. При анализе отношения между дозой, получаемой организмом млекопитающего, и определенным биологическим эффектом учитывается вероятность его возникновения. Если эффект появляется в ответ на облучение независимо от величины поглощенной дозы, он относится к разряду стохастических. За стохастические принимаются, например, наследственные эффекты излучения. В отличие от них нестохастические эффекты наблюдаются по достиженииопределенной пороговой дозы излучения. В качестве примера можно указать помутнение хрусталика, бесплодие и др. В Рекомендациях Международной комиссии по радиологической защите (№ 26,1977 г.) стохастические и нестохастические эффекты определены следующим образом: «Стохастическими называют те беспороговые эффекты, для которых вероятность их возникновения (а не столько их тяжесть) рассматривают как функцию дозы. Нестохастическими называют эффекты, при которых тяжесть поражения изменяется в зависимости от дозы и, следовательно, для появления которых может существовать порог». Химические радиозащитные вещества в зависимости от их эффективности снижают биологическое воздействие излучений в лучшем случае в 3 раза. Предотвратить возникновение стохастических эффектов они не могут. К существенным химическим факторам, модифицирующим действие ионизирующего излучения, относится концентрация кислорода в тканях организма у млекопитающих. Его наличие в тканях, особенно во время гамма- или рентгеновского облучения, усиливает биологическое воздействие радиации. Механизм кислородного эффекта объясняется усилением главным образом непрямого действия излучения. Присутствие же кислорода в облученной ткани по окончании экспозиции дает противоположный эффект. Для характеристики облучения, наряду с величиной общей дозы, важноезначение имеет продолжительность экспозиции. Доза ионизирующей радиации независимо от времени ее действия вызывает в облученном организме одно и то же число ионизаций. Различие, однако, состоит в объеме репарации радиационного поражения. Следовательно, при облучении меньшей мощности наблюдается меньшее биологическое поражение. Мощность поглощенной дозы выражается в грэях за единицу времени, например Гр/мин, мГр/ч и т. д. Изменение радиочувствительности тканей организма имеет большоепрактическое значение. Данная книга посвящена радиопротекторам, а также веществам, снижающим радиочувствительность организма, однако это не означает, что мы недооцениваем исследования радиосенсибилизаторов; их изучение ведется прежде всего в интересах радиотерапии. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОЗАЩИТНЫХ ВЕЩЕСТВ Радиозащитный эффект обнаружен у целого ряда веществ различной химической структуры. Поскольку эти разнородные соединения обладают самыми различными, подчас противоположными свойствами, их трудно разделить по фармакологическому действию. Для проявления радиозащитного эффекта в организме млекопитающего в большинстве случаев достаточно однократного введения радиопротекторов. Однако имеются и такие вещества, которые повышают радиорезистентность лишь после повторного введения. Различаются радиопротекторы и по эффективности создаваемой ими защиты. Существует, таким образом, множество критериев, по которым их можно классифицировать. С практической точки зрения радиопротекторы целесообразно разделить по длительности их действия, выделив вещества кратковременного и длительного действия. 1. Радиопротекторы или комбинация радиопротекторов, обладающих кратковременным действием (в пределах нескольких минут или часов), предназначены для однократной защиты от острого внешнего облучения. Такие вещества или их комбинации можно вводить тем же особям и повторно. В качестве средств индивидуальной защиты эти вещества могут найти применение перед предполагаемым взрывом ядерного оружия, вхождением в зону радиоактивного загрязнения или перед каждым радиотерапевтическим местным облучением. В космическом пространстве они могут быть использованы для защиты космонавтов от облучения, вызванного солнечными вспышками. 2. Радиозащитные вещества длительного воздействия предназначены для более продолжительного повышения радиорезистентности организма. Для получения защитного эффекта, как правило, необходимо увеличение интервала после введения таких веществ примерно до 24 ч. Иногда требуется повторное введение. Практическое применение этих протекторов возможно у профессионалов, работающих с ионизирующим излучением, у космонавтов при долговременных космических полетах, а также при длительной радиотерапии.Поскольку протекторы кратковременного защитного действия чаще всегоотносятся к веществам химической природы, говорят о химической радиозащите. С другой стороны, длительное защитное действие возникает после введения веществ в основном биологического происхождения; это обозначают как биологическую радиозащиту. Требования к радиопротекторам зависят от места применения препаратов; вусловиях больницы способ введения не имеет особого значения. В большинстве случаев требования должны отвечать задачам использования радиопротекторов в качестве индивидуальных средств защиты. Согласно Саксонову и соавт. (1976)эти требования должны быть как минимум следующими: - препарат должен быть достаточно эффективным и не вызывать выраженных побочных реакций; - действовать быстро (в пределах первых 30 мин) и сравнительно продолжительно (не менее 2 ч); - должен быть нетоксичным с терапевтическим коэффициентом не менее 3; - не должен оказывать даже кратковременного отрицательного влияния на трудоспособность человека или ослаблять приобретенные им навыки; - иметь удобную лекарственную форму: для перорального введения или инъекции шприц-тюбиком объемом не более 2 мл; - не должен оказывать вредного воздействия на организм при повторных приемах или обладать кумулятивными свойствами; - не должен снижать резистентность организма к другим неблагоприятным факторам внешней среды; - препарат должен быть устойчивым при хранении, сохранять свои защитные и фармакологические свойства не менее 3 лет. Менее строгие требования предъявляются к радиопротекторам,предназначенным для использования в радиотерапии. Они усложняются, однако, важным условием - необходимостью дифференцированного защитного действия. Следует обеспечить высокий уровень защиты здоровых тканей и минимальный -тканей опухоли. Такое разграничение позволяет усилить действие местно примененной терапевтической дозы облучения на опухолевый очаг без серьезного повреждения окружающих его здоровых тканей.

	|	следующая лекция ==>

Реферат

Тема:

План:

Введение

1 Прямое и косвенное действие ионизирующего излучения

2 Воздействие ионизирующего излучения на отдельные органы и организм в целом

3 Мутации

4 Действие больших доз ионизирующих излучений на биологические объекты

5. Два вида облучения организма: внешнее и внутреннее

Заключение

Литература

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ

Фактор радиации присутствовал на нашей планете с момента ее образования, и как показали дальнейшие исследования, ионизирующие излучения наряду с другими явлениями физической, химической и биологической природы сопровождали развитие жизни на Земле. Однако, физическое действие радиации начало изучаться только в конце XIX столетия, а ее биологические эффекты на живые организмы - в середине XX. Ионизационные излучения относятся к тем физическим феноменам, которые не ощущаются нашими органами чувств, сотни специалистов, работая с радиацией, получили радиационные ожоги от больших доз облучения и умерли от злокачественных опухолей, вызванных переоблучением.

Тем не менее, сегодня мировая наука знает 6 биологическом воздействии радиации больше, чем о действии любых других факторов физической и биологической природы в окружающей среде.

При изучении действия радиации на живой организм были определены следующие особенности:

· Действие ионизирующих излучений на организм не ощутимо человеком. У людей отсутствует орган чувств, который воспринимал бы ионизирующие излучения. Существует так называемый период мнимого благополучия - инкубационный период проявления действия ионизирующего излучения. Продолжительность его сокращается при облучении в больших дозах.

· Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться.

· Излучение действует не только на данный живой организм, но и на его потомство - это так называемый генетический эффект.

· Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению. При ежедневном воздействии дозы 0,002-0,005 Гр уже наступают изменения в крови.

· Не каждый организм в целом одинаково воспринимает облучение.

· Облучение зависит от частоты. Одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фракционированное.

1. ПРЯМОЕ И КОСВЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Радиоволны, световые волны, тепловая энергия солнца - все это разновидности излучений. Однако, излучение будет ионизирующим, если оно способно разрывать химические связи молекул, из которых состоят ткани живого организма, и, как следствие, вызывать биологические изменения. Действие ионизирующего излучения происходит на атомном или молекулярном уровне, независимо от того, подвергаемся ли мы внешнему облучению, или получаем радиоактивные вещества с пищей и водой, что нарушает баланс биологических процессов в организме и приводит к неблагоприятным последствиям. Биологические эффекты влияния" радиации на организм человека обусловлены взаимодействием энергии излучения с биологической тканью. Энергию непосредственно передаваемую атомам и молекулам биотканей называют прямым действием радиации. Некоторые клетки из-за неравномерности распределения энергии излучения будут значительно повреждены.

Одним из прямых эффектов является канцерогенез или развитие онкологических заболеваний. Раковая опухоль возникает, когда соматическая клетка выходит из под контроля организма и начинает активно делиться. Первопричиной этого являются нарушения в генетическом механизме, называемые мутациями. При делении раковая клетка производит только раковые клетки. Одним из наиболее чувствительных органов к воздействию радиации является щитовидная железа. Поэтому биоткань этого органа наиболее уязвима в плане развития рака. Не менее восприимчива к влиянию излучения кровь. Лейкоз или рак крови - один из распространенных эффектов прямого воздействия радиации. Заряженные частицы проникают в ткани организма, теряют свою энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами атомов Электрическое взаимодействие сопровождает процесс ионизации (вырывание электрона из нейтрального атома)

Физико-химические изменения сопровождают возникновение в организме чрезвычайно опасных "свободных радикалов".

Кроме прямого ионизирующего облучения выделяют также косвенное или непрямое действие, связанное с радиолизом воды. При радиолизе возникают свободные радикалы - определенные атомы или группы атомов, обладающие высокой химической активностью. Основным признаком свободных радикалов являются избыточные или неспаренные электроны. Такие электроны легко смещаются со своих орбит и могут активно участвовать в химической реакции. Важно то, что весьма незначительные внешние изменения могут привести к значительным изменениям биохимических свойств клеток. К примеру, если обычная молекула кислорода захватит свободный электрон, то она превращается в высокоактивный свободный радикал - супероксид. Кроме того, имеются и такие активные соединения, как перекись водорода, гидрооксил и атомарный кислород. Большая часть свободных радикалов нейтральна, но некоторые из них могут иметь положительный или отрицательный заряд.

Если число свободных радикалов мало, то организм имеет возможность их контролировать. Если же их становится слишком много, то нарушается работа защитных систем, жизнедеятельность отдельных функций организма. Повреждения, вызванные свободными радикалами, быстро увеличиваются по принципу цепной реакции. Попадая в клетки, они нарушают баланс кальция и кодирование генетической информации. Такие явления могут привести к сбоям в синтезе белков, что является жизненно важной функцией всего организма, т.к. неполноценные белки нарушают работу иммунной системы. Основные фильтры иммунной системы - лимфатические узлы работают в перенапряженном режиме и не успевают их отделять. Таким образом, ослабляются защитные барьеры и в организме создаются благоприятные условия для размножения вирусов микробов и раковых клеток.

Свободные радикалы, вызывающие химические реакции, вовлекают в этот процесс многие молекулы, не затронутые излучением. Поэтому производимый излучением эффект обусловлен не только количеством поглощенной энергии, а и той формой, в которой эта энергия передается. Никакой другой вид энергии, поглощенный биообъектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывает ионизирующее излучение. Однако природа этого явления такова, что все процессы, в том числе и биологические, уравновешиваются. Химические изменения возникают в результате взаимодействия свободных радикалов друг с другом или со "здоровыми" молекулами Биохимические изменения происходят как в момент облучения, так и на протяжении многих лет, что приводит к гибели клеток.

Наш организм в противовес описанным выше процессам вырабатывает особые вещества, которые являются своего рода "чистильщиками".

Эти вещества (ферменты) в организме способны захватывать свободные электроны, не превращаясь при этом в свободные радикалы. В нормальном состоянии в организме поддерживается баланс между появлением свободных радикалов и ферментами. Ионизирующее излучение нарушает это равновесие, стимулирует процессы роста свободных радикалов и приводит к негативным последствиям. Активизировать процессы поглощения свободных радикалов можно, включив в рацион питания антиокислители, витамины А, Е, С или препараты, содержащие селен. Эти вещества обезвреживают свободные радикалы, поглощая их в больших количествах.

2. ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОТДЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫ И ОРГАНИЗМ В ЦЕЛОМ

В структуре организма можно выделить два класса систем: управляющую (нервная, эндокринная, иммунная) и жизнеобеспечивающую (дыхательная, сердечно-сосудистая, пищеварительная). Все основные обменные (метаболические) процессы и каталитические (ферментативные) реакции происходят на клеточном и молекулярном уровнях. Уровни организации организма функционируют в тесном взаимодействии и взаимовлиянии со стороны управляющих систем. Большинство естественных факторов воздействуют сначала на вышестоящие уровни, затем через определенные органы и ткани - на клеточно-молекулярные уровни. После этого начинается ответная фаза, сопровождающаяся коррективами на всех уровнях.

Взаимодействие радиации с организмом начинается с молекулярного уровня. Прямое воздействие ионизирующего излучения, поэтому является более специфичным. Повышение уровня окислителей характерно и для других воздействий. Известно, что различные симптомы (температура, головная боль и др.) встречаются при многих болезнях и причины их различны. Это затрудняет установление диагноза. Поэтому, если в результате вредного воздействия на организм радиации не возникает определенной болезни, установить причину более отдаленных последствий трудно, поскольку они теряют свою специфичность.

Радиочувствительность различных тканей организма зависит от биосинтетических процессов и связанной с ними ферментативной активностью. Поэтому наиболее высокой радиопора-жаемостью отличаются клетки костного мозга, лимфатических узлов, половые клетки. Кровеносная система и красный костный мозг наиболее уязвимы при облучении и теряют способность нормально функционировать уже при дозах 0,5-1 Гр. Однако, они обладают способностью восстанавливаться и если не все клетки поражены, кровеносная система может восстановить свои функции. Репродуктивные органы, например, семенники, так же отличаются повышенной радиочувствительностью. Облучение свыше 2 Гр приводит к постоянной стерильности. Только через много лет они могут полноценно функционировать. Яичники менее чувствительны, по крайней мере, у взрослых женщин. Но однократная доза более 3 Гр все же приводит к их стерильности, хотя большие дозы при неоднократном облучении не сказываются на способности к деторождению.

Радиация может повреждать клетки. Защита организма справляется с этим, пока дозы облучения не превысят природный фон в сотни и тысячи раз. Более высокие дозы ведут к острой лучевой болезни и увеличивают на несколько процентов вероятность заболевания раком. Дозы в десятки тысяч раз выше фона смертельны. Таких доз в повседневной жизни не бывает.

Гибель и мутации клеток нашего тела - еще одно естественное явление, сопровождающее нашу жизнь. В организме, состоящем примерно из 60 триллионов клеток, клетки стареют и мутируют по естественным причинам. Ежедневно гибнет несколько миллионов клеток. Множество физических, химических и биологических агентов, включая природную радиацию, также «портят» клетки, но в обычных ситуациях организм легко справляется с этим.

По сравнению с другими повреждающими факторами ионизирующее излучение (радиация) изучено лучше всего. Как радиация действует на клетки? При делении атомных ядер высвобождается большая энергия, способная отрывать электроны от атомов окружающего вещества. Этот процесс называется ионизаций, а несущее энергию электромагнитное излучение - ионизирующим. Ионизированный атом меняет свои физические и химические свойства. Следовательно, изменяются свойства молекулы, в которую он входит. Чем выше уровень радиации, тем больше число актов ионизации, тем больше будет поврежденных клеток.

Для живых клеток наиболее опасны изменения в молекуле ДНК. Поврежденную ДНК клетка может «починить». В противном случае она погибнет или даст измененное (мутировавшее) потомство.

Погибшие клетки организм замещает новыми в течение дней или недель, а клетки-мутанты эффективно выбраковывает. Этим занимается иммунная система. Но иногда защитные системы дают сбой. Результатом в отдаленном времени может быть рак или генетические изменения у потомков, в зависимости от типа поврежденной клетки (обычная или половая клетка). Ни тот, ни другой исход не предопределен заранее, но оба имеют некоторую вероятность. Самопроизвольные случаи рака называют спонтанными. Если установлена ответственность того или иного агента за возникновение рака, говорят, что рак был индуцированным.

Если доза облучения превышает природный фон в сотни раз , это становится заметным для организма. Важно не то, что это радиация, а то, что защитным системам организма труднее справляться с возросшим числом повреждений. Из-за участившихся сбоев возникает дополнительные «радиационные» раки. Их количество может составлять несколько процентов от числа спонтанных раков.

Очень большие дозы, это - в тысячи раз выше фона. При таких дозах основные трудности организма связаны не с измененными клетками, а с быстрой гибелью важных для организма тканей. Организм не справляется с восстановлением нормального функционирования самых уязвимых органов, в первую очередь, красного костного мозга, который относится к системе кроветворения. Появляются признаки острого недомогания - острая лучевая болезнь. Если радиация не убьет сразу все клетки костного мозга, организм со временем восстановится. Выздоровление после лучевой болезни занимает не один месяц, но дальше человек живет нормальной жизнью.

Вылечившись после лучевой болезни, люди несколько чаще, чем их необлученные сверстники болеют раком. Насколько чаще? На несколько процентов.

Это следует из наблюдений за пациентами в разных странах мира, прошедшими курс радиотерапии и получившими достаточно большие дозы облучения, за сотрудниками первых ядерных предприятий, на которых еще не было надежных систем радиационной защиты, а также за пережившими атомную бомбардировку японцами, и чернобыльскими ликвидаторами. Среди перечисленных групп самые высокие дозы были у жителей Хиросимы и Нагасаки. За 60 лет наблюдений у 86,5 тысяч человек с дозами в 100 и более раз выше природного фона было на 420 случаев смертельного рака больше, чем в контрольной группе (увеличение примерно на 10 %). В отличие от симптомов острой лучевой болезни, которые проявляются через часы или дни, рак возникает не сразу, может быть, через 5, 10 или 20 лет. Для разных локализаций рака скрытый период разный. Быстрее всего, в первые пять лет, развивается лейкоз (рак крови). Именно это заболевание считается индикатором радиационного воздействия при дозах облучения в сотни и тысячи раз выше фона .

Почему рак возникает не сразу? Чтобы клетка с поврежденной ДНК стала раковой, с ней должна произойти целая цепь редких событий. После каждой новой трансформации ей снова нужно «проскочить» защитный барьер. Если иммунная защита эффективна, даже сильно облученный человек может не заболеть раком. А если заболеет, то будет вылечен.

Теоретически кроме рака могут быть и другие последствия облучения в высоких дозах.

Если радиация повредила молекулу ДНК в яйцеклетке или в сперматозоиде, есть риск, что повреждение будут передано по наследству. Этот риск может дать небольшую добавку к спонтанным наследственным нарушениям, Известно, что самопроизвольно возникающие генетические дефекты, начиная с дальтонизма и кончая синдромом Дауна, встречаются у 10 % новорожденных. Для человека радиационная добавка к спонтанным генетическим нарушениям очень мала. Даже у переживших бомбардировку японцев с высокими дозами облучения, вопреки ожиданиям ученых, выявить ее не удалось. Не было добавочных радиационно-индуцированных дефектов после аварии на комбинате «Маяк» в 1957 году, не выявлено и после Чернобыля.

Радиационные аварии в СССР и РФ с клинически значимыми последствиями: 1949-2005

Вид аварии	Количество аварий	Число пострадавших
		Всего	в т.ч. умерли
Радиоизотопные установки и их источники	92	170	16
Рентгеновские установки и ускорители	39	43	-
Реакторные инциденты и потеря контроля над критичностью	33	82	13
Случаи с местными лучевыми поражениями на ПО «Маяк» в 1949/56 гг.	168	168	-
Аварии на атомных подводных лодках	4	133	12
Другие инциденты	12	17	2
Чернобыльская авария	1	134	28
ИТОГО	176	747	71

Последствия облучения в зависимости от дозы

Люди, погибшие от облучения в Хиросиме и Нагасаки, а также в Чернобыле, получили дозы в десятки тысяч раз выше фона. При таких дозах организм уже не справляется с огромным числом погибших клеток, и человек умирает в течение дней или недель. В Хиросиме и Нагасаки в результате атомных бомбардировок погибли 210 тыс. человек. Это суммарное число потерь от действия ударной волны, разрушения зданий и сооружений, тепловых ожогов и радиации. При аварии на Чернобыльской АЭС в первые сутки около 300 сотрудников станции и пожарных получили очень высокие дозы. 28 спасти не удалось, но 272 человека врачи вылечили.

Воздействие радиации на человека зависит от количества энергии ионизирующего излучения, которая поглощается тканями человека. Количество энергии, которая поглощается единицей массы ткани, называется поглощенной дозой . Единицей измерения поглощенной дозы является грей (1 Гр= 1 Дж/кг). Часто поглощенную дозу измеряют в радах (1 Гр = 100 рад).

Однако не только поглощенная доза определяет воздействие радиации на человека. Биологические последствия зависят от вида радиоактивного излучения. Например, альфа-излучение в 20 раз более опасно, чем гамма- или бета-излучение.

Биологическая опасность излучения определяется коэффициентом качества К. При умножении поглощенной дозы на коэффициент качества излучения получается доза, определяющая опасность излучения для человека, которая получила название эквивалентной.

Эквивалентная доза имеет специальную единицу измерения — зиверт (Зв). Часто для измерения эквивалентной дозы используется более мелкая единица — бэр (биологический эквивалент рада), 1 Зв = 100 бэр. Итак, основными параметрами радиации являются следующие (табл. 1).

Таблица. 1. Основные параметры радиации

Экспозиционная и эквивалентная дозы радиации

Для количественной оценки ионизирующего действия рентгеновского и гамма-излучения в сухом атмосферном воздухе используется понятие «экспозиционная доза» — отношение полного заряда ионов одного знака, возникающих в малом объеме воздуха, к массе воздуха в этом объеме. За единицу этой дозы принимают кулон на килограмм (Кл/кг). Применяется также внесистемная единица — рентген (Р).

Количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела (тканями организма), называется поглощенной дозой и измеряется в системе СИ в Грэях (Гр). Грэй - доза излучения, при которой облученному веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж.

Эта доза не учитывает, какой вид излучения воздействовал на организм человека. Если принять во внимание этот факт, то дозу следует умножить на коэффициент, отражающий способность излучения данного вида повреждать ткани организма. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой: ее измеряют в системе СИ в единицах, называемых зивертами (Зв).

Доза эффективная — величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Она представляет собой сумму произведений эквивалентной дозы в органе на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного органа или ткани. Эта доза также измеряется в зивертах.

Специальная единица эквивалентной дозы - бэр - поглощенная доза любого вида излучения, которая вызывает равный биологический эффект с дозой в 1 рад рентгеновского излучения. Рад - специальная единица поглощенной дозы зависит от свойств излучения и поглощающей среды.

Поглощенная, эквивалентная, эффективная и экспозиционная дозы, отнесенные к единице времени, называются мощностью соответствующих доз.

Условная связь системных единиц:

100 Рад = 100 Бэр = 100 Р = 13 В = 1 Гр.

Биологическое действие излучения зависит от числа образованных пар ионов или от связанной с ним величины — поглощенной энергии.

Ионизация живой ткани приводит к разрыву молекулярных связей и изменению химической структуры различных соединений. Изменение химического состава значительного числа молекул приводит к гибели клеток.

Под влиянием излучений в живой ткани происходит расщепление воды на атомарный водород Н и гидроксильную группу ОН , которые, обладая высокой активностью, вступают в соединение с другими молекулами ткани и образуют новые химические соединения, не свойственные здоровой ткани. В результате нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ нарушается.

Под влиянием ионизирующих излучений в организме происходят торможение функций кроветворных органов, нарушение нормальной свертываемости крови и увеличение хрупкости кровеносных сосудов, расстройство деятельности желудочно-кишечного тракта, истощение организма, снижение сопротивляемости организма инфекционным заболеваниям, увеличение числа лейкоцитов (лейкоцитоз), раннее старение и др.

Воздействие ионизирующего излучения на организм человека

В организме человека радиация вызывает цепочку обратимых и необратимых изменений. Пусковым механизмом воздействия являются процессы ионизации и возбуждения молекул и атомов в тканях. Важную роль в формировании биологических эффектов играют свободные радикалы Н+ и ОН-, образующиеся в процессе радиолиза воды (в организме содержится до 70 % воды). Обладая высокой химической активностью, они вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других элементов биологической ткани, вовлекая в реакции сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением, что приводит к нарушению биохимических процессов в организме. Под воздействием радиации нарушаются обменные процессы, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, нс свойственные организму (токсины). А это в свою очередь влияет на процессы жизнедеятельности отдельных органов и систем организма: нарушаются функции кроветворных органов (красного костного мозга), увеличивается проницаемость и хрупкость сосудов, происходит расстройство желудочно-кишечного тракта, снижается сопротивляемость организма (ослабевает иммунная система человека), происходит его истощение, перерождение нормальных клеток в злокачественные (раковые) и др.

Ионизирующее излучение вызывает поломку хромосом, после чего происходит соединение разорванных концов в новые сочетания. Это приводит к изменению генного аппарата человека. Стойкие изменения хромосом приводят к мутациям, которые отрицательно влияют на потомство.

Перечисленные эффекты развиваются в различные временные промежутки: от секунд до многих часов, дней, лет. Это зависит от полученной дозы и времени, в течение которого она была получена.

Острое лучевое поражение (острая лучевая болезнь) возникает тогда, когда человек в течение нескольких часов или даже минут получает значительную дозу. Принято различать несколько степеней острого лучевого поражения (табл. 2).

Таблица 2. Последствия острого лучевого поражения

Эти градации весьма приблизительны, поскольку зависят от индивидуальных особенностей каждого организма. Например, наблюдались случаи гибели людей и при дозах менее 600 бэр, зато в других случаях удавалось спасти людей и при дозах более 600 бэр.

Острая лучевая болезнь может возникнуть у работников или населения при авариях на объектах ЯТЦ, других объектах, использующих ионизирующие излучения, а также при атомных взрывах.

Хроническое облучение (хроническая лучевая болезнь) возникает при облучении человека небольшими дозами в течение длительного времени. При хроническом облучении малыми дозами, в том числе и от радионуклидов, попавших внутрь организма, суммарные дозы могут быть весьма большими. Наносимое организму повреждение, по крайней мере частично, восстанавливается. Поэтому доза в 50 бэр, приводящая при однократном облучении к болезненным ощущениям, при хроническом облучении, растянутом во времени на 10 и более лет, к видимым явлениям не приводит.

Степень воздействия радиации зависит от того, является ли облучение внешним или внутренним (облучение при попадании радионуклида внутрь организма). Внутреннее облучение возможно при вдыхании загрязненного радионуклидами воздуха, при заглатывании зараженной питьевой воды и пищи, при проникновении через кожу. Некоторые радионуклиды интенсивно поглощаются и накапливаются в организме. Например, радиоизотопы кальция, радия, стронция накапливаются в костях, радиоизотопы йода — в щитовидной железе, радиоизотопы редкоземельных элементов повреждают печень, радиоизотопы цезия, рубидия угнетают кроветворную систему, повреждают семенники, вызывают опухоли мягких тканей. При внутреннем облучении наиболее опасны альфа-излучающие радиоизотопы, т. к. альфа-частица обладает из-за своей большой массы очень высокой ионизирующей способностью, хотя ее проникающая способность не велика. К таким радиоизотопам относятся изотопы плутония, полония, радия, радона.

Нормирование ионизирующего излучения

Гигиеническое нормирование ионизирующего излучения осуществляется по СП 2.6.1-758-99. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). Устанавливаются дозовые пределы эквивалентной дозы для следующих категорий лиц:

• персонал — лица, работающие с источниками радиации (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);
• все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий в их производственной деятельности.

В табл. 3. приведены основные дозовые пределы облучения. Основные дозовые пределы облучения персонала и населения, указанные в таблице, не включают в себя дозы от природных и медицинских источников ионизирующего излучения, атакже дозы, полученные в результате радиационных аварий. На эти виды облучения в НРБ-99 устанавливаются специальные ограничения.

Таблица 3. Основные дозовые пределы облучения (извлечение из НРБ-99)

* Дозы облучения, как и все остальные допустимые производные уровни персонала группы Б, не должны превышать 1/4 значений для персонала группы А. Далее все нормативные значения для категории персонала приводятся только для группы А.

** Относится к среднему значению в покровном слое толщиной 5 мг/см 2 . На ладонях толщина покровного слоя — 40 мг/см 2 .

Помимо дозовых пределов облучения в НРБ-99 устанавливаются допустимые уровни мощности дозы при внешнем облучении, пределы годового поступления радионуклидов, допустимые уровни загрязнения рабочих поверхностей и т. д., которые являются производными от основных дозовых пределов. Числовые значения допустимого уровня загрязнения рабочих поверхностей приведены в табл. 4.

Таблица 4. Допустимые уровни общего радиоактивного загрязнения рабочих поверхностей, частиц/(см 2 . мин) (извлечение из НРБ-99)

Объект загрязнения	a-активные нуклиды		β-активные нуклиды
	отдельные
Неповрежденная кожа, полотенца, слецбелье, внутренняя поверхность лицевых частей средств индивидуальной защиты
Основная спецодежда, внутренняя поверхность дополнительных средств индивидуальной защиты, наружная поверхность спецобуви
Наружная поверхность дополнительных средств индивидуальной защиты, снимаемой в сан шлюзах
Поверхности помещений постоянного пребывания персонала и находящегося в них оборудования
Поверхности помещений периодического пребывания персонала и находящегося в них оборудования

Для ряда категорий персонала устанавливаются дополнительные ограничения. Например, для женщин в возрасте до 45 лет эквивалентная доза, приходящаяся на нижнюю часть живота, не должна превышать 1 мЗв в месяц.

При установлении беременности женщин из персонала работодатели обязаны переводить их на другую работу, нс связанную с излучением.

Для учащихся в возрасте до 21 года, проходящих обучение с источниками ионизирующего излучения, принимаются дозовые пределы, установленные для лиц из населения.

Происходит испускание различных видов излучений, частиц, которые отрицательно влияют на здоровье человека. В первую очередь, это излучение альфа, бета и гамма .

α-лучи – это поток положительно заряженных ядер атомов гелия, β-лучи – это поток отрицательно заряженных электронов, γ-лучи – это высокочастотное электромагнитное излучение. Главная опасность перечисленных видов излучений – их ионизационная способность.

Ионизирующее действие радиации на живой организм

Результатом ионизации атомов и молекул является нарушение нормального функционирования живых клеток организма, что и лежит в основе болезней, называемых лучевыми. Основная величина, характеризующая величину ионизирующего действия излучения на живой организм – это поглощенная доза излучения D:

где E – энергия излучения,
m – масса тела.

То есть доза облучения зависит от того, какой энергией обладает ионизирующее излучение, а также от массы тела. Поглощенная доза излучения выражается в греях (1 Гр). 1 Гр = 100 Р (рентгенам). 1 Р – величина, которая при t = 0˚C и давлении 760 мм рт.ст. в единицу объема сухого воздуха создает количество ионизирующих излучений 3*10-10 Кл.

Если излучение продолжается достаточно долго, то доза облучения накапливается. Имеет большое значение время облучения или экспозиции, которое показывает, сколько времени человек находился под воздействием ионизирующих излучений. Для характеристики времени облучения следует учитывать период полураспада T – промежуток времени, в течение которого исходное число радиоактивных ядер уменьшается вдвое. Для различных элементов это время разное.

Биологическое действие радиации

Ущерб от радиоактивного облучения зависит от силы излучения и от массы тела, но еще имеет значение и какие органы подверглись облучению. На разные части организма радиация будет оказывать различное действие. В связи с этим вводится еще одна величина, характеризующая биологическое действие радиации. Это эквивалентная доза H:

где D – поглощенная доза,
K – коэффициент качества.

Единицей измерения эквивалентной дозы является зиверт (1 Зв). Коэффициент качества K показывает, во сколько раз радиационная опасность от воздействия на органы данного вида облучения больше, чем от воздействия γ-излучения. Для каждого органа K имеет свое значение.

Защита от радиоактивного воздействия

Как следует защищаться от радиоактивного воздействия? В первую очередь необходимо защищать органы дыхания, чтобы с воздухом продукты радиоактивного распада не попадали внутрь человека. Именно так они наносят наибольший вред. Не менее важной является защита кожи.

Дело в том, что α и β-частицы в первую очередь поражают именно кожу. Для защиты от таких излучений нужен специальный костюм. А от γ-лучей до конца защититься костюмом не получится. Так как γ-лучи – это высокочастотное излучение, и специальными костюмами его можно только ослабить. Поэтому все противорадиационные бункеры и спецсооружения строятся именно для защиты от гамма-излучения. Лучшая защита от всех видов ионизирующих излучений – это бетон и свинец.