Биологическое действие ионизирующих излучений.
Биологическое действие ионизирующих излучений заключается в том, что поглощенная живым организмом энергия расходуется на разрыв химических связей и разрушение клеток живой ткани.
Основными характеристиками всех видов ионизирующих излучений, определяющими эффект их воздействия на биологические объекты, являются ионизирующее действие и проникающая способность. Ионизирующее действие заключается в том, что при прохождении излучения по тканям живого организма нейтральные атомы и молекулы, входящие в состав тканей, приобретают положительный или отрицательный заряд, превращаясь, таким образом, в ионы. Проникающая способность – это способность ионизирующих излучений проникать в глубину тканей живого организма. Ионизирующее действие излучений возрастает, а проникающая способность падает в ряду:
гамма ® рентгеновское ® нейтронное ® бета ® альфа
Основные свойства a-, b- и g-излучений приведены в Таблице 1.
Таблица 1. Основные свойства a-, b- и g-излучений.
| Вид излучения | Энергия | Ионизирующее действие | Проникающая способность |
| альфа | от 3 до 9 МэВ | очень высокое | до 10 см в воздухе и 0,02-0,06 мм в биологической ткани |
| бета | от 0,0005 до 3,5 МэВ | высокое | до 18 м в воздухе и не более 2,5 мм в биологической ткани |
| гамма | от 0,01 до 3 МэВ | низкое | несколько сотен метров в воздухе и 10-15 см в биологической ткани |
Различают непосредственно ионизирующие и косвенно ионизирующие излучения. К непосредственно ионизирующим относят a- и b-излучения, протонное излучение ускорителей и некоторые другие, поскольку они состоят из частиц, кинетическая энергия которых достаточна для ионизации при столкновении с атомами вещества. Нейтронное, гамма и рентгеновское излучения являются косвенно ионизирующими, так как они представляют собой поток незаряженных частиц или электромагнитных волн, взаимодействие которых со средой приводит к возникновению таких заряженных частиц, которые уже способны непосредственно вызывать ионизацию.
Действие ионизирующих излучений на живой организм обычно называют облучением. Облучение может быть внешним и внутренним. Внешнее облучение представляет собой облучение от источника, находящегося вне организма. Внутреннее облучение наблюдается при попадании радионуклидов внутрь организма (с воздухом, водой, пищей). Внутреннее облучение во много раз опаснее внешнего, так как в этом случае облучение непрерывно и ему подвергаются практически все органы; отсутствует защитное действие кожных покровов; время облучения увеличивается и совпадает со временем пребывания радиоактивных веществ в организме; нельзя использовать методы защиты, разработанные для внешнего облучения и т.д. При внешнем облучении опасность ионизирующего излучения прямо пропорциональна его проникающей способности, при внутреннем – ионизирующему действию.
В результате облучения внутри тканей живого организма протекают сложные процессы, которые делят на д в а э т а п а:
1. П е р в и ч н ы е или п у с к о в ы е п р о ц е с с ы, протекающие в начальный момент облучения в молекулах живых клеток и окружающего их субстрата. Их осуществление идет постадийно:
- физическая стадия (t ~ 10-13 c) – поглощение энергии излучения, сопровождаемое ионизацией (отрыв электрона от атома) и возбуждением (переход электрона на более удаленную от ядра орбиту) атомов в молекулах биологической ткани;
- физико-химическая стадия (t ~ 10-10 c) – перераспределение избыточной энергии возбужденных атомов, в результате чего происходит разрыв химических связей и появление частиц, обладающих высокой химической активностью – свободных радикалов, пероксидов и др.;
- химическая стадия (t ~ 10-6 c) – взаимодействие продуктов предшествующих реакций (ионов, свободных радикалов и пр.) друг с другом, а также с окружающими их молекулами биологической ткани, что приводит к возникновению биологически активных соединений, разрушающих структуру живой клетки, и вызывает, таким образом, ее гибель.
2. Р а з в и т и е л у ч е в ы х э ф ф е к т о в или п о р а ж е н и й, являющихся следствием изменений на клеточном уровне и заключающихся в нарушении нормального течения биохимических реакций, обмена веществ и изменении структуры и функций отдельных органов и систем живого организма. Выделяют три типа лучевых эффектов:
- соматические (телесные) – развиваются в ранние сроки после облучения: лучевые ожоги, катаракта глаз, острая и хроническая лучевые болезни;
- соматико-стохастические (вероятностные) – развиваются в отдаленные сроки после облучения: нарушение кроветворения (лейкемия, лейкозы и др.), сокращение продолжительности жизни, злокачественные новообразования, эмбриотоксический и тератогенный эффекты;
- генетические – наследственные изменения: генные мутации и хромосомные аберрации.
Конечный эффект облучения является суммарным результатом облучения клеток и последующих процессов их восстановления. Восстановление связано с протеканием ферментативных реакций и обусловлено энергетическим обменом.
Различные органы и ткани человеческого организма обладают разной чувствительностью к ионизирующим излучениям. Если в качестве критерия радиочувствительности принять морфологические изменения, то по степени возрастания чувствительности органы и ткани организма человека можно расположить в следующем порядке: нервная ткань, хрящевая и костная ткани, мышечная ткань, соединительная ткань, щитовидная железа, пищеварительные железы, легкие, кожа, слизистые оболочки, половые железы, лимфоидная ткань, красный костный мозг. Критическим органом называют орган, ткань, часть тела или все тело, облучение которых причиняет наибольший ущерб здоровью данного лица или его потомству.
Биологическое действие ионизирующих излучений характеризуется рядом особенностей:
1. Неощутимость действия на организм человека. У людей отсутствуют органы чувств, которые воспринимали бы ионизирующие излучения. Поэтому человек может вдохнуть, проглотить радионуклид без всяких первичных ощущений.
2. Наличие латентного (скрытого) периода проявления лучевого поражения. Видимые изменения кожных покровов, недомогание, характерные для лучевого заболевания, проявляются не сразу, а спустя некоторое время.
1. Наличие эффекта суммирования поглощенных доз, которое происходит скрыто. Если в организм человека систематически будут попадать радиоактивные вещества, то со временем дозы суммируются, что неизбежно приводит к лучевым поражениям.
2. Поражающие свойства радионуклидов не могут быть уничтожены ни химическим, ни каким-либо другим способом, так как процесс радиоактивного распада не зависит от внешних факторов.