Закон радиоактивного распада
Количество любого радиоактивного изотопа со временем уменьшается вследствие радиоактивного распада (превращения ядер). Для каждого радиоактивного изотопа средняя скорость распада его атомов постоянна. Постоянная радиоактивного распада – l для определенного изотопа показывает, какая доля ядер распадается в единицу времени. Размерность постоянной распада выражают в обратных единицах времени: с-1, мин-1, ч-1 и т.д., чтобы показать, что количество радиоактивных ядер убывает. Основной закон радиоактивного распада устанавливает, что за единицу времени распадается всегда одна и та же доля имеющихся в наличии ядер. Математически этот закон выражается уравнением:
Nt = N0 ´ е-lt,
где Nt – количество радиоактивных ядер, оставшихся по прошествии времени t;
N0 – исходное количество радиоактивных ядер в момент времениt = 0;
e – основание натуральных логарифмов (е = 2,72);
l – постоянная радиоактивного распада;
t – промежуток времени, равный t-t0.
Для характеристики скорости распада РВ в практике пользуются периодом полураспада.
Период полураспада Т – это время, в течение которого распадается половина исходного количества радиоактивных ядер.
Между постоянной распада и периодом полураспада имеется обратная зависимость, что выражается уравнениями:
l = 0,693/T, T = 0,693/l .
Исходя из данных уравнений, закон радиоактивного распада будет иметь следующий вид в математическом выражении:
Nt = N0 ´ e-0,693 t/T.
Таким образом, число ядер РВ уменьшается со временем по экспоненциальному закону и графически выражается экспоненциальной кривой. Из закона радиоактивного распада выведено важное правило: каждое десятикратное снижение активности осколков и мощности дозы гамма-излучения происходит в результате увеличения их возраста в 7 раз.
Раздел 2
ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРуЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
И ЗАГРЯЗНЕНИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
2.1. Классификация источников ИИ. Природный
радиационный фон
Все живые существа на Земле постоянно подвергаются воздействию ионизирующей радиации путем внешнего и внутреннего облучения за счет естественных и искусственныхисточников ионизирующих излучений, которые образуютрадиационный фон.
Естественные источники ИИ – это есть совокупность
космического излучения, излучения от естественных радионуклидов,рассеянных в атмосфере, литосфере, гидросфере
и находящихся в составе биологических организмов: все эти излучения образуют природный радиационный фон (ПРФ)или естественный радиационный фон (ЕРФ),средняя эффективная доза которого составляет 2000 мкЗв в год на человека.
Искусственные источники ИИ – это совокупность ИИ и РВ, образующихся в результате ядерных взрывов, деятельности атомных электростанций, извлечения полезных ископаемых из недр Земли, применения ИИ и РВ в медицине, науке, в других отраслях хозяйственной деятельности человека. Совокупность этих источников составляет искусственный радиационный фон – ИРФ,который в настоящее время в целом по земному шар добавляет к ЕРФ лишь 1-3 %.
Естественные источники ИИ
Космическое излучение– это ионизирующее излучение, непрерывно падающее на поверхность Земли из космического пространства (первичное космическое излучение) и образующееся в земной атмосфере в результате взаимодействия первичного космического излучения с атомами воздуха – вторичное космическое излучение.
Первичное космическое излучение состоит из: протонов – 92 %, альфа-частиц – 7 %, ядер атомов лития, бериллия, углерода, азота и кислорода и др. При резком увеличении солнечной активности возможно нарастание космического излучения на 4-100 %. Лишь немногие первичные космические лучи достигают поверхности Земли, так как они взаимодействуют с атомами воздуха, рождая потоки частиц вторичного космического излучения.
Вторичное космическое излучение–состоит из электронов, нейтронов, мезонов и фотонов; максимум его интенсивности находится на высоте 20-30 км, на уровне моря интенсивность излучения составляет около 0,05 % от первоначального.
Люди, живущие на уровне моря, получают в среднем из-за космических лучей эффективную эквивалентную дозу около 300 мкЗв в год; для людей, живущих выше 2000 м над уровнем моря, эта величина в несколько раз больше. Еще более интенсивному облучению подвергаются экипажи и пассажиры самолетов: при подъеме с высоты 4000 м до 12000 м уровень облучения за счет космических лучей возрастает примерно в 25 раз и продолжает расти при дальнейшем увеличении высоты до 20000 км и выше (высота полета сверхзвуковых реактивных самолетов. При перелете из Нью-Йорка в Париж пассажир получает дозу около 50 мкЗв).
Природные радиоактивные вещества.Они представлены 3 группами радиоактивных веществ: первую группу составляют естественные радиоактивные семейства 238U, 232Th, 235U
и их дочерние продукты распада; вторую группу образуют малораспространенные изотопы, не относящиеся к первой группе, – 40К, 48Ca, 87Rb, лантаноиды и др., третья группа представлена радиоактивными изотопами – 14C, 3H, 7Be, 10Be, образующимися под действием космических лучей из атмосферного воздуха. Все эти радиоактивные вещества рассеянны в атмосфере, гидросфере, почве и в биологических организмах.
Наиболее распространенными радиоактивными изотопами земной коры являются 87Rb, 40К, уран, торий, радий и их дочерние продукты распада, особенно радиоактивные газы: радон-220, радон-222, актинон-219.
Таблица 2
Концентрация некоторых радионуклидов и мощности
поглощенных доз в почвах различных типов
| Типы почв | Концентрация, пКи/г | Мощность погл. дозы, мкрад/ч | ||
| 40K | 238U | 232Th | ||
| Серозем | 0,85 | 1,3 | 7,4 | |
| Серо-коричневая | 0,75 | 1,1 | 6,9 | |
| Каштановая | 0,72 | 1,0 | 6,0 | |
| Чернозем | 0,58 | 0,97 | 5,1 | |
| Серая лесная | 0,48 | 0,72 | 4,1 | |
| Дерново-подзолистая | 8,1 | 0,41 | 0,60 | 3,4 |
| Подзолистая | 4,0 | 0,24 | 0,33 | 1,8 |
| Торфянистая | 2,4 | 0,17 | 0,17 | 1,1 |
| Среднее | 0,7 | 0,7 | 4,6 | |
| Пределы колебаний | 3-20 | 0,3-1,4 | 0,2-1,3 | 1,4-9 |
Из них наибольшее биологическое значение имеют 87Rb, на втором месте по количеству занимает радиоизотоп 40К, но радиоактивность 40К в земной коре превышает радиоактивность суммы всех других естественных радиоактивных элементов за счет того, что распад 40К сопровождается жестким бета- и гамма-излучением, а 87Rb характеризуется мягким бета-излучением
и имеет длительный период полураспада.
Радионуклид 40К широко рассеян в почве и прочно удерживается глинами, содержится в растениях, особенно в бобовых – горохе, бобах, фасоли, сое, люцерне, клевере и др. Концентрация радионуклидов урана и тория в десятки и сотни, а радия
в миллионы раз меньше по сравнению с содержанием радиоактивного калия.
Радиоактивность воде придают, в основном, уран, торий, радий, образующие растворимые комплексные соединения, которые вымываются почвенными водами, а также газообразные продукты их ядерных превращений – радон, торон и др.
Радиоактивность атмосферы обусловлена наличием в ней радиоактивных веществ в газообразном состоянии – радон, торон, 14C, тритий и др. Суммарная радиоактивность атмосферного воздуха колеблется в широких пределах – от 2 ´ 10-14 до 4,4 ´ 10-13 Ки/л.
Наиболее весомыми из всех естественных источников радиации является невидимый, не имеющий запаха и вкуса тяжелый (в 7,5 раза тяжелее воздуха) газ радон, который вместе с другими дочерними продуктами распада ответственен за 75 % годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением от земных источников радиации и за 50 % дозы от всех естественных источников радиации. Радон в виде 222Rn и 220Rn выделяется из земной коры повсеместно, но основную дозу человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении (уровень радиации выше в 8 раз, чем
в наружном воздухе) за счет следующих источников:
– поступление из почвы, фундамента, перекрытия; высвобождение из строительных материалов жилых помещений
составляет 60 кБк/сут.,
– из наружного воздуха проникает 10 кБк/сут.,
– высвобождается из воды, используемой в бытовых целях – 4 кБк/сут.,
– выделяется из природного газа при его сгорании – 3 кБк/сут.
Больших концентраций радон достигает в помещениях, если дом стоит на грунте с повышенным содержанием радионуклидов, или если при его строительстве использованы материалы
с повышенной радиоактивностью.
В качестве других источников земной радиации следует назвать каменный уголь, фосфаты и фосфорные удобрения, водоемы и др.
В целом естественные источники ИИ ответственны примерно за 90 % годовой эффективной эквивалентной дозы облучения, из которой на долю земных источников приходится 5/6 частей (в основном за счет внутреннего облучения), на долю космических источников – 1/6 часть (в основном путем внешнего облучения).
Таблица 3
Средняя удельная радиоактивность строительных материалов
| Вид строительного материала | Удельная радиоактивность, Бк/кг |
| Дерево | 1,1 |
| Природный гипс | |
| Песок и гравий | |
| Портланд – цемент | |
| Кирпич | 126-840 |
| Гранит | |
| Зольная пыль | |
| Глинозем | 496-1367 |
| Фосфогипс | |
| Кальций-силикатный шлак | |
| Отходы урановых обогатительных предприятий | |
| Шлак из доменной печи | |
| Известь | 20-30 |
| Бетон из обычных матер. | 180-200 |
| Бетон, содержащий глин. сланцы (Швеция) |
Примечание. В таблице представлены материалы НКДАР ООН, 1982 г.
В соответствии с Федеральным законом о радиационной безопасности, утвержденным 9.01.96 г., среднегодовая эффективная доза (допустимые пределы доз) для основного населения может составлять 0,001 Зв или за период жизни (70 лет) – 0,07 Зв; а для профессиональных работников – 0,02 Зв, за период трудовой деятельности (50 лет) – 1 Зв. По нормам радиационной безопасности (НРБ-99) установлены основные пределы доз (табл. 4).
Таблица 4
Основные пределы доз
| Нормируемые величины | Пределы доз | |
| Персонал (гр. А) | Население (группа В) | |
| Эффективная доза | 20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 50 мЗв в год | 1 мЗв в год в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год |
| Экв. доза за год в: хрусталике глаза коже кистях и стопах | 150 мЗв 500 мЗв 500 мЗв | 15 мЗв 50 мЗв 50 мЗв |
Примечание. Основные пределы доз персонала группы Б (вспомогательный персонал) равны 1/4 значений для персонала группы А.
2.3. Искусственные источники ионизирующих излучений
и их характеристика
2.3.1. Гигиеническая характеристика РВ,
образующихся при ядерном взрыве
При атомном взрыве образуются продукты деления ядерного горючего 235U, 238U, 239Pu с образованием сложной смеси из 200 изотопов 36 химических элементов с периодом полураспада от 1 с до млн. лет. По характеру излучения все они относятся к бета- и гамма+бета-излучателям, кроме 147Sm и 144Nd – альфа-излучатели. Дополнительным источником радиоактивного загрязнения местности служит также наведенная радиоактивность, возникающая в результате воздействия потока нейтронов, образующихся при цепной реакции деления урана или плутония на ядра атомов различных веществ окружающей среды.
Наибольший практический интерес для радиобиологии представляют следующие радионуклиды: 89Sr, 90Sr, 131J, 137Cs, 140Ba, 144Ce.
Активность продуктов ядерного деления быстро снижается в первые часы и сутки, например, в первые сутки наблюдается снижение активности в 50 раз.
Таблица 5
Снижение активности ПЯД с течением времени
| Время, ч | Отн. активность | Время, ч | Отн. активность |
| 1,5 | |||
| 7,3 | |||
| 4,3 | |||
| 1,7 | |||
| 0,75 | |||
| 0,46 | |||
| 0,33 | |||
| 0,25 |
Из закона радиоактивного распада выведено правило: каждое десятикратное снижение активности осколков и мощности дозы гамма-излучения происходит в результате увеличения их возраста в 7 раз.
При термоядерных взрывахв момент реакции синтеза возникает интенсивный поток нейтронов, вызывающих образование значительного количества продуктов активации – наведенную радиоактивность. Основными источниками загрязнения окружающей среды являются радиоактивные осколки 238U, 239Pu, тритий 3Н и радиоуглерод 14С. В результате проведенных до 1959 года термоядерных взрывов в земной атмосфере образовалось около 560 кг 14С.
Загрязнение окружающей среды зависит от характера взрывов, мощности зарядов, атмосферных условий, географических зон и широт.
При воздушном взрыве РВ распыляются на большой площади, но под влиянием атмосферных осадков, выпавших в момент прохождения радиоактивного облака, может повыситься загрязнение в том или ином районе.
Взрывы средней и малой мощности (до нескольких килотонн тротилового эквивалента) загрязняют в основном тропосферу – на высоте 18 км, мелкие и крупные частицы выпадают на расстоянии нескольких сот километров от эпицентра, образуя локальныерадиоактивные загрязнения. Крупные взрывы в несколько мегатонн загрязняют, главным образом, стратосферу на высоте 80 км. Воздушными течениями частицы ПЯД способны совершать очень большой путь, вплоть до нескольких оборотов вокруг земного шара, образуя в результате выпадения глобальные загрязнения.Следует отметить, что продукты взрывов распределяются следующим образом: при воздушном взрыве 99 % задерживается в стратосфере; при наземном взрыве 20 % попадает в стратосферу, а 80 % выпадает в районе взрыва; при взрывах у поверхности моря 30 % остается в стратосфере, а 70 % выпадает локально. Продукты ядерного деления (ПЯД) могут находиться в тропосфере 2-3 месяца, в стратосфере –
3-9 лет. По данным исследователей, из имеющихся в стратосфере ПЯД ежегодно осаждается 10 % 90Sr и 137Cs.
По данным Научного комитета ООН по действию атомной радиации, при испытаниях ядерного оружия, проводимых до 1963 года, суммарная мощность взорванных боеприпасов и устройств составила 510,9 мегатонн по тротиловому эквиваленту, в т.ч. при воздушных взрывах – 406,2 Мт, при наземных – 104,7 Мт. Выпадение радионуклидов составило в МКи: 3H – 360,
14C – 6,2; 55Fe – 50, 89Sr – 2800, 90Sr – 12,2, 106Ru – 330, 144Ce – 182,4, 137Cs – 19,5, 239Pu – 0,32. Расчеты показали, что ожидаемые дозы от радионуклидов, образовавшихся в результате ядерных испытаний, проведенных до 1976 года, составляют для населения умеренного пояса Северного полушария: от внешнего облучения – 110 мрад, от инкорпорированных радионуклидов: для гонад – 37, костного мозга – 150, клеток, выстилающих костную ткань, – 180 и для легких – 150 мрад.
2.3.2. Гигиеническая характеристика
атомной энергетики
На начало 1986 года в 26 странах мира в эксплуатации находилось 350 энергетических реакторов суммарной мощностью более 250 млн. кВт, а по данным МАГАТЭ (1983 г.) в 2000 году мощность атомных электростанции будет составлять 720-950 ГВт. В недалеком будущем наука овладеет управляемой термоядерной реакцией и человечество получит неисчерпаемый источник энергии.
Атомная энергетика включает в себя урановые рудники, металлургические предприятия по получению обогащенного ядерного топлива, заводы по очистке урановых концентратов
и изготовлению ТВЭЛ-ов (тепловыделяющих элементов), предприятия по утилизации ядерных отходов.
На протяжении всей этой технологической цепочки образуются твердые, жидкие, газообразные отходы.
По состоянию на 2002 год, в России эксплуатируется
29 ядерных энергоблоков общей установленной мощностью 21,2 Гвт, в т.ч.:
водо-водяные (ВВЭР) – 13;
канальные (РБКМ-1) – 11;
водо-графитовые (ЭГП) – 4;
на быстрых нейтронах (БН-60) – 1.
В современный период достраиваются 5 энергоблоков:
водо-водяные (ВВЭР) – 4 (Ростовская, Калининская, Балаковская АЭС);
канальные (РБКМ-1) – 1 (Курская АЭС).
На Чернобыльской АЭС эксплуатировался водно-графитовый канальный реактор на тепловых нейтронах, топливом служил диоксид урана-235, замедлителем нейтронов – графит, теплоносителем – кипящая вода. Масса ядерного топлива составила 114,7 кг. На четвертом блоке АЭС произошла авария с разрушением активной зоны реакторной зоны и части здания вследствие внезапного повышения мощности произошло повышение температуры активной зоны, сопровождающаяся выбросом разогретых до высокой температуры фрагментов активной зоны, состоящей из расплавленного ядерного топлива, графита, теплоносителя. Суммарный выброс продуктов ядерного деления (ПЯД) составил 1850 ПБк или 50 МКи – 3,5 % от общего количества радионуклидов в реакторе на момент аварии.
Радионуклидный состав выброса формировался за счет газообразных и аэрозольных продуктов ядерного распада – 133Xe, 85Kr, 131I, 134Cs, 137Cs, 89Sr, 90Sr, 238Pu, 239Np и других элементов.
Особо опасных радионуклидов в радиологическом плане выпало: 131I – 7,3 МКи (20 %), 137Cs – 1 МКи (13 %), 90Sr – 0,22 МКи (4 %) от суммарного количества по состоянию на
06.05.1986 г.
Основные зоны загрязнения местности сформировались в западном, северо-западном, северо-восточном направлениях от АЭС, в меньшем масштабе – в южном направлении в первые
4-5 суток.
Наибольший уровень радиации наблюдался в первые сутки после аварии в северном направлении, где уровни радиации достигали 1000-500 мР/ч на удалении 5-10 км от места аварии.
В последующий период массовые изотопные анализы показали, что состав радиоактивного загрязнения заметно обогащен долгоживущими изотопами 134Cs и 137Cs, плотность загрязнения которыми колебалась от 20 до 80 Ки/км2. Плотность загрязнения плутонием достигала 0,1-1 Ки/км2, а в непосредственной близости от промышленной площадки – до 10 Ки/км2. Была установлена 30-километровая зона отселения населения и были эвакуированы более 300 тысяч человек, полностью непригодной для жизни и хозяйственной деятельности признана территория в 500 км2.
Таблица 6
Характеристика наиболее значимых радионуклидов
глобальных выпадений
| Нуклид | Период полураспада | Основной вид облучен. | Критический орган | Т биол. сутки | Резорбция из ЖКТ | Е эфф. МэВ/рас. |
| 3H | 12,34 года | Внутрен. | Все тело | 0,01 | ||
| 14С | 5730 лет | >> | Жировая ткань | 0,054 | ||
| 89Sr | 51 сут. | >> | Кость | 1,8´104 | 0,56 | |
| 90Sr | 28,8 года | >> | >> | 1,8´105 | 1,13 | |
| 131I | 8,06 сут. | Внешнее и внутр. | Щитов. железа | 10,4 | ||
| 137Cs | 30 лет | >> | Все тело | 0,59 | ||
| 239Pu | 2,44´104 | Внутрен. | Кость | 7,3´104 | 2,410-3 |
Следует отметить, что за счет искусственных (техногенных) источников ионизирующей радиации формируется около 10 % годовой эффективной эквивалентной дозы, в т.ч. рентгеновские и другие диагностические приборы и средства занимали на протяжении 1945-1980 годов до 7 %, доза от ядерных взрывов достигала 7 % в начале 60-х годов, снижалась до 0,8 % в 1980 году; а дозы облучения, связанные с ядерной энергетикой, увеличились от 0,001 % до 0,035 % в 1980 году.
Таблица 7
Среднегодовые индивидуальные эффективные эквивалентные
дозы облучения населения за счет всех основных источников
ионизирующего излучения в 1981-1985 гг.
| Источники ионизирующего излучения | Вид излучения | В мбэр |
| Естественный радиационный фон | внешнее внутреннее суммарно | 65 160 225 |
| Технологически изм. РФ: РВ, содержащиеся в стройматериалах и воздухе помещений РВ, содержащиеся в минеральных удобрениях | внешнее внутренне суммарно суммарно | 10 130 140 0,015 |
| Искусственный РФ: атомные электростанции выпадения вследствие испытаний ядерного оружия | суммарно внешнее внутреннее суммарно | 0,017 1 1,5 2,5 |
| Рентгено- и радиоизотопная диагностика | суммарно | |
| Суммарная доза облучения от всех источников |
2.4. Общие закономерности перемещения
радиоактивных веществ в биосфере
Радиоактивные продукты ядерного деления выпадают сами по себе и с атмосферными осадками. Радиоактивные отходы включаются в компоненты биосферы – абиотические (почва, вода, воздух) и биотические(флора и фауна) – и принимают участие в биологическом цикле круговорота веществ. Продукты деления могут попадать в организм человека через растительную пищу и через животных, питающихся растениями, содержащими радиоактивные вещества.
Из радиоактивных продуктов деления наибольшую опасность представляют в первый месяц загрязнения, состоящие из изотопов йода ввиду большого процента их выхода и высокой биологической активности, а в последующем – 90Sr и 137Cs вследствие их относительно высокой энергии излучения, большого периода полураспада и исключительной способности включаться в биологический круговорот веществ по цепочке почва–растения–животные–человек, а также надолго задерживаться в организме человека и животных, т.к. для 90Sr его постоянным неизотопным носителем является кальций, содержащийся в больших количествах в кормах, а для 137Cs – калий, содержащийся также в больших количествах в кормах, и интенсивно участвующий в обмене веществ. Таким образом, эти радионуклиды ведут себя в организме точно так же, как макроэлементы Ca и K.
Подводя итоги, можно сказать, что все живое на Земле подвергается непрерывному воздействию природного радиационного фона, уровень естественной радиации варьирует в широких пределах и в некоторых районах в десятки-сотни раз превышает средние значения. Дополнительное облучение от радионуклидов, выпавших после испытаний ядерного оружия, не превышает 10 % природного радиационного фона. Загрязнение внешней среды радионуклидами при работе ядерных реакторов невелико, но может стать весьма значительным при авариях.
Раздел 3
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ
ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
3.1. Общие вопросы биологического действия
ионизирующей радиации
Ионизирующее излучение – одно из уникальных явлений окружающей среды, последствия от воздействия которого на организм неэквивалентны величине поглощаемой энергии. Действительно, летальная доза для млекопитающих составляет 10 Гр (1000 рад), поглощаемая при этом тканями и органами энергия могла бы повысить их температуру на тысячные доли градуса. Само по себе такое повышение температуры не могло бы вызвать выраженного эффекта поражения. В связи с этим основным радиобиологическим парадоксом выдвигается гипотеза о возможности существования цепных автокаталитических процессов, усиливающих первичное воздействие.
В механизме биологического действия ИИ на живые объекты условно выделяют два этапа:
1 этап – первичное непосредственное действие ИИна клетки, ткани, органы, организмы. Это этап физико-химических воздействий ИИ, характеризуется образованием ионизированных и возбужденных атомов и молекул, которые в течение 10-6 с взаимодействуют между собой и с различными молекулярными системами, инициируют образование разрывов связей в молекулах и вызывают реакции образования химически активных веществ (свободных радикалов, ионов) с различными биологическими структурами, при которых отмечается как их деструкция, так и образование новых, не свойственных для облучаемого организма соединений – радиотоксинов различного происхождения.
2 этап – опосредованное действие,обусловленное нейро-гуморальными сдвигами в биологических организмах.
3.1.1. Первичные физико-химические процессы
при действии ИИ
При облучении биологических объектов 50 % поглощенной энергии в клетке приходится на воду, а другие 50 % – на органеллы клетки и растворенные вещества.
При взаимодействии ИИ с водой происходит выбивание электронов из молекул воды с образованием молекулярных ионов:
H2O ® H2O+ + e-1
H2O + e-1 ® H2O-
Возникающие ионы воды, в свою очередь, распадаются с образованием ряда радикалов, которые также взаимодействуют между собой:
H2O+ ® H+ + OH*
H2O- ®H++OH*
H+ + OH- ® H2O
OH- + OH- ® H2O2
H2O2 + OН ® H2O + HO2
Считается, что основной эффект лучевого воздействия обусловлен такими радикалами, как H, OH, HO2 (гидропероксид).
Гидропероксид обладает высокой окислительной способностью, выход этого радикала уменьшается пропорционально падению парциального давления кислорода в тканях в состоянии гипоксии (кислородный эффект).
Возникающие в результате радиолиза воды гидратированные электроны и атомарный водородтакже обладают высокой реакционной способностью в качестве восстановителей.
Возникшие в результате радикалы взаимодействуют с растворенными молекулами различных соединений, давая начало вторично-радикальным продуктам. Дальнейшие этапы развития радиационного поражения молекулярных структур и радиочувствительныхнадмолекулярных структур сводятся к изменениям белков, липидов и углеводов, в результате чего образуются уже органические радикалы.
Облучение белковых молекул приводит к конфигурационным изменениям белковой структуры, агрегации молекул за счет образования дисульфидных связей, деструкции, связанной с разрывом пептидных или углеродных связей. При облучении целостного организма в первую очередь изменяется содержание свободных аминокислот в тканях: понижается уровень метионина на 75 %, триптофана – на 26 % (при воздействии дозой 5 Гр). Эти изменения оказывают большое влияние на белковый обмен, поскольку недостаток хотя бы одной аминокислоты приводит к резкому изменению биосинтеза белков. Отмечается уменьшение содержания сульфгидрильных групп в тканях облученных животных, оно достигает более 50 % по отношению
к исходному уровню на 5 сутки.
Ферментные системы по-разному реагируют на облучение: активность одних ферментов возрастает, других – понижается, третьих – остается неизменной, наблюдается стимуляция ферментативных систем, деполяризирующих ДНК, РНК и нарушение их синтеза. Имеет место высвобождение нуклеиновой кислоты из ДНП (дезоксинуклеопротеида) и одновременное накопление нуклеиновых кислот в цитоплазме облученных клеток с поражением связи белок–белок, белок–ДНК.
К числу наиболее радиочувствительных процессов в клетке относится окислительное фосфолирование, нарушение этого процесса отмечается уже через несколько минут после облучения дозой 1 Гр и проявляется в повреждении системы генерирования АТФ, без которого не обходится ни один процесс жизнедеятельности.
Облучение простых сахаровприводит к их окислению и распаду, в результате чего образуются органические кислоты
и формальдегид. Облучение растворов полисахаридов (крахмала) сопровождается понижением их вязкости, появлением простых сахаров – глюкозы, мальтозы и др.
При дозах порядка 5-10 Гр выявляются изменения в мукополисахаридах, при облучении гепарина происходит его деполяризация, потеря антикоагулянтных свойств. При облучении целостного организма происходит понижение содержания гликогена в мышцах, печени и ряде других тканей, отмечается
нарушение процессов распада глюкозы и в первую очередь – анаэробного гликолиза.
При действии на липиды происходит образование перекисей, которым придают особо важное значение в развитии лучевого поражения. Схема реакции в этом случае может быть представлена так:
ROOH ® R*;
ROOH ® ROO* ® начальное образование радикалов;
R*+ O2 ® RO*2;
ROO* + RH ® ROOH + R* ® цепные реакции.
При облучении организма отмечаются снижение содержания липидов и их перераспределение в различных тканях с повышением их уровня в печени и крови.
Упрощенная схема первичных физико-химических процессов может быть представлена схематически следующим образом:
