IV. Біологічна дія різних видів радіації. Закон Бергоньє-Трибонто

У результаті дії іонізуючого випромінювання на організ людини в тканинах можуть виникати складні фізичні, хімічні та біологічні процеси. В залежності від поглинутої дози випромінювання та індивідуальних особливостей організму викликані зміни можуть носити зворотний або незворотний характер.

Для біологічної дії іонізуючого випромінювання характерні ряд загальних закономірностей. По-перше, глибокі ураження життєдіяльності здійснюються дуже малою кількістю поглинутої енергії. Так, енергія, що поглинута тілом ссавців або людини при опроміненні летальною дозою, при перетворенні її в теплову, призвелад лише до нагріву на тисячну долю градуса. По-друге, біологічна дія іонізуючого випромінювання не обмежується ураженням опроміненого організму, ураження поширується на наступні покоління, що пояснюється дією на генетичний апарат організму. По-третє, для біологічної дії іонізуючого опромінення характерна наявність летального періоду, тобто розвиток променевого ураження спостерігається не зразу. Тривалість летального періоду мрже бути від декількох хвилин до десятків років у залежності від дози опромінення, радіочутливості організму і функції, що спостерігається.

Біологічна дія радіації – структурні і функціональні зміни біологічних систем, що обумовлюються іонізуючим випромінюванням. Біологічна дія радіації обумовлюється радіаційно-хімічними ураженнями молекул (руйнування хімічних зв’язків), які входять до складу клітини, а токож іонізацією або збудженням молекул. У клітинах виникають активні гідроксиди (ОН^- ), вільні радикали органічних молекул. З появою цих активних форм молекул розвиваються вторинні механізми радіаційного ураження клітин, що виражається порушенням властивостей структур клітини, процесів обміну речовин і фізіологічних функцій організму, швидкістю виділення з організму.

Наступні біохімічні процеси променевого ураження розвиваються повільніше.Активні радикали, що утворилися, порушують нормальні ферментативні процеси в клітині, що веде до зменшення кількості макроенергетичних сполук. Особливо чутлива до опромінення ДНК в клітинах, які інтенсивно діляться.

Іонізуюче опромінення обумовлює ураження клітин: порушується мітоз, набухання і пікноз ядра, потім структура ядра зникає, в цитоплазмі спостерігається зміна в’язкості, набухання цитоплазматичних структур, утворення вакуолею, підвищується проникливість.

Вплив на організм значної дози іонізуючої радіації зумовлює різке зростання темпу окислювальних процесів, швидке накопичення токсичних продуктів (ліпідних та хіноїдних радіотоксинів) і, врешті розвиток тяжкої форми гострої променевої хвороби.

Зміни в клітинах під впливом радіації ведуть до ураження тканин, органів і життєдіяльності всього організму. Першою реагує на опромінення нервова система. Особливо виражена реакція тканин, в яких окремі клітини живуть порівняно недовго (система крові, слизова оболонка травного тракту тощо).

Одночасно знижується продукування антитіл, що ще більше ослаблює захистні сили організму. Уражаються залозт внутрішньої секреції, порушується гаметогенез.

Вплив радіації на організм залежить від фізичних властивостей радіонукліда, типу і енергії випромінювання, дози, форми сполуки, що вводиться, шляхів і ритму надходження, особливостей розподілу, ефективного періоду напіврозпаду, що визначає тривалість променевої дії, фізіологічних і генетичних особливостей організму. У залежності від перерахованих факторів один і той же радіонуклід може, наприклад, значно скорочувати природню тривалість життя виду, або помітно не впливати чи навіть її подовжувати порівняно з адекватним контролем.

Ефективність різних видів радіації визначається просторовим розподілом первинних біофізичних подій, що обумовлюють кінцевий біологічний ефект.

Біологічну дію радіації умовно можна поділити на:

1. первинні фізико-хімічні процеси, що виникають у молекулах живих клітин і субстратах, що їх оточують;

2. порушення функцій організму як наслідок первинних процесів.

Оскільки, наприклад, в організмі людини основну масу тіла становить вода (біля 75%), то первинні процеси значною мірою визначаються поглинанням радіації водою клітин, іонізацією молекул води з утворенням високоактивних у хімічному відношенні вільних радикалів та наступними ланцюговими реакціями (головним чином окислення цими радикалами мелекул білків). Це непряма дія радіації. А пряма дія радіації можи обумовити розщеплення молекул білків і молекул нуклеїнових кислот, розрив найменш слабких зв’язків, відрив радикалів та інші денуративні зміни. Потім під дією первинних процесів у клітинах виникають функціональні зміни, від яких залежать біологічні закони життя і загибель клітин. Загибель клітин обумовлює функціональні зміни тканин, а зміни в тканинах – зміни в органах, що обумовлює порушення процесів організму або його загибель.

Найбільш суттєвими змінами в опромінених клітинах можуть бути наступні:

- ураження механізму мітозу (ділення) і хромосомного апарату;

- блокування процесів поновлення і диференцировки клітин;

- блокування процесів проліферації і наступної фізіологічної регенерації тканин.

Процеси обміну речовин і енергії являють собою матеріальну основу всіх змін, що відбуваються в організмі. Радіація значною мірою впливає на ці процеси.

У результаті досліджень біологічної дії радіації на сім’яники щурів французькі вчені Брегоньє та Трибонто в 1906 році зробили перше фундаментальне узагальнення і сформулювали закон, що найвищою радіочутливістю характеризуються клітини, котрі перебувають у стані активної проліферації, що супроводжується підвищенням напруженості метаболічних процесів. Отже, рівень радіочутливості чи радіостійкості визначається не типом клітин, а їхньою проліферативною активністю. Чим вища проліферативна активність клітин, тим вища їхня радіочутливість.

Наприклад, високою проліферативною активністю характеризуються стовбурні клітини кісткового мозку, меристема рослин, тому і радіочутлмвість їх дуже висока.

Радіочутливість тканин прямо пропорційна її мітотичній активності та обернено пропорційна ступеню диференціювання клітин, з яких вона утворена. Так, у ссавців печінка, м’язи, мозок, кістки, хрящі та сполучна тканина відносяться до резистентних, а кістковий мозок, генеративні клітини, епітелій кишківника та шкіри є високо радіо чутливими.

Закон Бергоньє-Трибонто відповідає зв’язку незворотних змін росту і розвитку окремих частин організму з їх енергією росту і факторами зовнішнього середовища, виявленого М.П.Чирвинським (1888) та А.А.Малігоновим (1925) – ті частини організму, які в данний період мають найвищу інтенсивність росту і розвитку найбільш чутливі до факторів зовнішнього середовища, в тому числі й до радіації.

RПитання для роздумів, самоперевірки, повторення

1Яка дія радіації на живі організми?

2Що таке радіоекологія?

3Що таке радіонукліди?

Тема 3.

«Урбоекологія. Екологія і космос»

Thorn;План викладу і засвоєння матеріалу

І Урбоекологія.

I. Екологія і космос.

þСуттєво:

Після вивчення матеріалу ви повинні:

Знати:

- визначення та сформулювати завдання урбоекології;

- основні забрудники в містах;

- що таке екологія космосу;

- проблеми урбоекології та шляхи їх вирішення.

Вміти:

- пояснити чим обумовлене зростання населення міст;

- обґрунтувати основні принципи майбутнього містобудування;

- назвати причини забруднення космосу;

- сформулювати основні екологічні проблеми космічного простору та шляхи їх подолання.

Ключові екологічні поняття та терміни:

- урбоекологія;

- екологія космосу.

Література:

1. Білявський Г.О., Фурдуй Р.С., Костіков І.Ю. "Основи екологічних знань", Київ. "Либідь", 2000 р.ст. 229 -234

2. Запольський А.К., Салюк А.П. "Основи екології", Київ. "Вища школа", 2001 р.ст.300 -306, ст.. 309 - 311

I. Урбоекологія

Останнім часом набули значного розвитку новітні напрями приклад­ної екології: екологія міських екосистем, екосистем космосу, військово-промислового комплексу, екологічна освіта та виховання, радіаційна еко­логія, правові й політичні засади екології та ін. З розвитком містобудів­ництва та значним зростанням чисельності міського населення великого значення набуває розвиток екології міських екосистем — урбоекологія.

Урбоекологія (лат. urbanus – міський) — галузь знань, що займається вивченням містоутворення і дослідженням взаємозв'язків людських посе­лень між собою та з навколишнім природним середовищем у міських еко­системах. За визначенням Європейської конференції (Прага, 1949), міс­том вважається компактне поселення з мінімальною чисельністю населен­ня 2000 чоловік. Категорію міста присвоюють населеному пункту згідно з чинним національним законодавством.

Чисельність міського населення безперервно зростає. Одночасно виникають величезні житлові та промислові поселення з населенням у мільйони й десятки мільйонів чоловік. Якщо до 1800 р. єдиним містом у світі з насе­ленням 1 млн. чоловік був Лондон, то в 1900 р. таких міст налічувалося 12, на початок другої світової війни — 42, у 1960р.— 88. Нині в усьому світі налічується понад 160 міст з мільйонним населенням. За станом на 01.01.1997р. у світі налічується 94 міста з населенням понад 2 млн. чоловік. З'явилися міста-мегаполіси (міста з приміськими поселеннями), чисельність населення в яких становить 10 млн. чоловік і більше (Нью-Йорк, Мехіко, Токіо, Сан-Паулу, Бостон, Шанхай, Делі, Лондон, Москва та багато інших). Значно зростає чисельність населення і в містах України. Так, порівняно з довоєн­ним періодом кількість населення в обласних центрах збільшилася: у Льво­ві — у 2,3 рази, в Луцьку, Житомирі, Рівному — у 4,5-6, у Дніпропетров­ську, Кривому Розі, Києві — у 7—10 разів. У Києві нині мешкає близько 3 млн. чоловік. Великі мегаполіси сформувалися в Донбасі: Донецьк—Макіївка—Горлівка, Краматорськ—Костянтинівна—Слов'янськ та ін.

Інтенсивність урбанізації в країнах істотно залежить від рівня їх промислового розвитку. В індустріально розвинених країнах рівень урбані­зації становить лише 10 %, тоді як у найбільш розвинених — 60-70 %. У міру промислового зростання ступінь урбанізації країн, що розвива­ються, наближатиметься до рівня промислово розвинених. Зростатимуть і міста промислово розвинених країн. Очікується, що в перспективі насе­лення Землі мешкатиме переважно в містах.

З усієї поверхні Землі — 510 млн. км² — площа суші, як відомо, стано­вить 146 млн. км², а площа суші, придатна для життя за кліматичними умовами, — 70,6 млн. км², тобто не більш як 3 % загальної площі суходо­лу. Площа, придатна для міської забудови, становить 28,1 млн. км².

Середня густота населення в сучасних умовах становить 50 чол/км², тоді як у містах у 10 разів вища - 500 чол/км². За даними ООН, у містах більшості розвинених країн нині мешкає 75—80 % загальної кількості населення.

Причинами зростання міст та їх ролі в господарюванні є ефективніше використання природних і людських ресурсів для найповнішого задово­лення різнобічних суспільних та особистих потреб людини — біологіч­них, економічних, соціальних та ін. Отже, головною метою урбоекології є пошук оптимальних рішень містобудування, спрямованих на поліпшен­ня умов життя та всебічну раціоналізацію природокористування в межах території міської забудови. При цьому потрібно вирішувати комплекс проблем, пов'язаних з функціонуванням міських екосистем: рекреаційних, еколого-економічних, інженерно-технічних, соціального обслуговування тощо. Впродовж останньою часу темпи зростання території міст удвічі перевищують темпи зростання чисельності їх населення, тому густота населення в містах зменшується. Отже, площа під забудову міст буде потрібна в зростаючій кількості. При ньому також значно зростають потре­би в харчових продуктах, воді, енергії та інших життєвих ресурсах. Зрос­тання споживання природних ресурсів ускладнює екологічні пробле­ми урбанізації. Особливого значення набувають завдання з охорони довкілля.

До складу об'єктів міського господарства входять різні споруди та підприємства, що забезпечують функціонування міста. До них належать системи забезпечення продовольчими й господарськими товарами, водопостачання та водовідведення, енергопостачання, зв'язку, газо- і тепло забезпечення, міського транспорту, благоустрою і санітарного стану міської території, а також водойми та зелені насадження. Чим більше місто, тим складніші системи життєзабезпечення. Одним із найважливіших завдань міського господарства є створення належних умов для задовільного функціонування складної соціально-еколого-економічної системи.

У процесі функціонування систем життєзабезпечення міста спожива­ється значна кількість різних природних ресурсів та створюється величез­на кількість газоподібних, рідких і твердих відходів.

Водопостачання мас цілодобово забезпечувати населення й промис­лові підприємства водою належної якості, що відповідає державним стан­дартам. Задовільно виконати це завдання не завжди вдається. У більшості міст України якість питної води не відповідає санітарним нор­мам. Тому поряд з централізованим водопостачанням у містах все біль­шою мірою використовують децентралізоване постачання населення во­дою, яку добувають з глибинних підземних горизонтів.

У результаті споживання значної кількості води утворюється багато промислових і побутових стічних вод. Щодоби на одного мешканця міста припадає в середньому 0,1—0,4 м³ побутових стічних вод. Кількість та­ких стоків залежить від густоти населення і становить 10-15 тис. м³/рік на 1 га житлової забудови. Вміст забруднювальних речовин у каналіза­ційних водах, що припадає на одного мешканця міста на добу, становить, г/л: завислі речовини — 65, амонійний нітроген — 8, органічні речовини (за БСК_повн) — 35—40, хлориди — 9, фосфор — 1,7.

Під час опадів утворюються зливові стоки, забруднені різними речо­винами — зависями, солями, поверхнево-активними речовинами та ін. Основними джерелами забруднення зливового стоку в містах є:

- сміття з поверхні покриття;

- продукти ерозії ґрунтів;

- продукти руйнування дорожнього покриття та автомобільних по­кришок;

- розливання нафтопродуктів та втрати інших матеріалів;

- сміттєзбірні майданчики;

- газодимові викиди в атмосферу енергетичними системами, автомобільним транспортом та промисловими підприємствами.

З одного гектара території великих промислових міст під час зливи виноситься у водойми в середньому, кг: завислих речовин — 2000—2500, органічних речовин (за БСК_повн) — 140—200, нафтопродуктів — 60—100, азоту — 4—6, фосфору — 1—1,5, мінеральних солей — 400—600.

Зливові стоки з територій підприємств залежать від асортименту та кількості вироблюваної продукції. Так, з територій підприємств нафто- і коксохімічної промисловості надходять зливові стоки, що містять, мг/л: смол і мастила — до 200, амонійного азоту — до 20, роданідів — до 5, фенолів – до 3. З територій заводів, що виробляють мінеральні добрива, з дощовою водою виноситься амонійного азоту — 200, фосфатів — до 100, фтору — до 100 мг/л. З територій заводів, які виробляють кольорові метали, утворюються зливові стоки, що містять, мг/л: міді — до 100, кад­мію — до 40, цинку — до 15, алюмінію — до 5, титану — до 3, свинцю — до 3, арсену – до 75, фтору — до 200.

У містах у значній кількості утворюється побутове сміття, поховання та перероблення якого є досить складною проблемою. Так, кількість по­бутового сміття, що припадає на одного мешканця міста, становить 160—190 кг/рік. Загальна кількість сміття, що утворюється на одного мешкан­ця, — 250—300 кг/рік. Для поховання 1 т побутових відходів потрібно 3 м² території. До складу побутового сміття входять, %: харчові відхо­ди — 43,5, папір — 28,3, шкіра та гума — 5,1, пластмаса — 2,6, метал — 5, скло — 5,5. На звалищах побутових відходів вже через рік після їх складу­вання утворюється біогаз, що містить 54 % метану і 46 % оксиду карбо­ну (IV). З однієї тонни побутового сміття виділяється 11,4 тис. м³ біогазу. Термін знешкодження міського сміття на звалищах становить 50—100 років, на компостувальних заводах — 3—4 доби, на сміттєспалювально­му заводі — менше доби.

Ґрунти на території міст забруднюються різними сторонніми речови­нами, які поділяють на механічні, хімічні та біологічні. До механічних забруднень належить будівельне сміття, бите скло, кераміка та інші мате­ріали, що негативно впливають на механічні властивості ґрунтів. Хімічні забруднення пов'язані з потраплянням у ґрунти різних хімічних речовин, що призводить до зміни природної концентрації хімічних елементів, яка може перевищувати встановлені нормативами ГДК. Біологічні забруднення спричинюють внесені в ґрунти різноманітні мікроорганізми, що погіршують бактеріологічні, гельмінтологічні та ентомологічні показни­ки стану ґрунтів і визначають рівень епідеміологічної небезпеки в місті.

Під впливом зміни рельєфу, регулювання поверхневого стоку, втрат з водоносних комунікацій може спостерігатись підвищення рівня ґрунто­вих вод та підтоплення. Водонасичення ґрунтів знижує їх міцність і при­зводить до деформації та руйнування будівель. З метою захисту від зсувів та обвалів крутосхилів здійснюють різні інженерні заходи: зміну рельєфу схилу, регулювання стоку поверхневих вод, агромеліорацію, закріплення пухких і тріщинуватих порід, будівництво споруд для закріплення схилів тощо.

Фізичні забруднення міста виявляються в місцевій зміні температур­ного, електричного, магнітного та йонізаційних полів і вібрацій, які знач­но перевищують природний фон. Інтенсивність шуму в містах промислово розвинених країн щороку збільшується на 0,5—1 дБ. Рівні шуму на міських вулицях становлять 85—87 дБ, що зумовлює зашумленість місь­ких територій.

Основними забрудниками атмосферного повітря в містах є об'єкти енергетики, промисловості й транспорт. У великих містах формується власний мікроклімат. Істотно змінюється вологість, аеродинамічні, тер­мічні та радіаційні характеристики. Можуть спостерігатися локальні під­вищення температури повітря порівняно з температурою навколишнього середовища та утворюватися смоги. На формування міського мікроклі­мату впливають викиди теплоти й зміна режиму сонячної радіації, пилогазові викиди промислових підприємств і транспорту, зміна теплового балансу за рахунок випаровування, рельєф місцевості, що створюється міською забудовою, тощо. В загазованих містах від раку легенів помирає значно більше людей, ніж у віддалених передмістях. Зростає кількість за­хворювань на ларингіт, фарингіт, кон'юнктивіт, екзему, пневмонію, ін­фаркт міокарда, бронхіальну астму, алергічні та інші хвороби.

Охорону атмосферного повітря в місті можна здійснювати шляхом організації санітарно-захисних зон, архітектурно-планувальних рішень та інженерно-організаційних заходів, до яких належить використання безвідходних та маловідходних технологій, а також різні методи очищення газодимових викидів.

Місто є середовищем не тільки для проживання людей, а й для існу­вання різних видів рослин і тварин. Частково вони існують в одомашне­ному (окультуреному) стані, інші ж можуть жити тільки в специфічних домашніх умовах (оранжереях, теплицях, акваріумах тощо). Зустрічаються також дикорослі рослини та дикі тварини.

Зелені насадження крім естетичного призначення мають значний вплив на поліпшення міського мікроклімату, властивостей ґрунтів, очищення по­вітря від забруднювальних речовин та збудників хвороб, шумопоглинання тощо. Разом з тим деякі рослини можуть зумовлювати алергічні реакції. Багато тварин і мікроорганізмів є збудниками чи переносниками хвороб.

Особлива роль належить зеленим зонам за межами міст, до складу яких входять ліси й лісопарки. Вони виконують три основні функції: захисну, санітарно-гігієнічну та рекреаційну. Загальні розміри зелених зон встановлюють залежно від чисельності населення, природно-кліматичної зони та загальної лісистості території. Розмір лісопаркової зони встановлю­ють залежно від чисельності населення міста.

Міста чинять величезний негативний вплив на довкілля, що виявля­ється насамперед у забрудненні атмосферного повітря. В повітрі міст зо­середжено до 86% усіх забруднень, до 13% припадає на решту суходолу і лише 1 % — на океанський простір. Іншим негативним фактором дії на здоров'я мешканців міста є незадовільна якість питної води. Нерегулярне видалення побутових відходів, їх накопичення та гниття зумовлюють погіршення санітарно-гігієнічних умов і призводять до виникнення інфек­ційних захворювань. Міський шум, особливо поблизу автомобільних і залізничних магістралей, аеропортів, вокзалів та промислових підпри­ємств стали причиною масових нервових захворювань (неврозів та психіч­них хвороб). Напружений ритм міського життя разом з погіршеною еко­логічною ситуацією спричинюють психоневрологічні розлади та депре­сії, серцево-судинні й нервові захворювання, діабет тощо. Несприятливі екологічні умови проживання населення послаблюють імунну систему і призводять до скорочення тривалості життя та підвищеної смертності.

Поліпшення екологічного стану в містах має здійснюватись шляхом поступової стабілізації зростання міст, обґрунтованого з еколого-економічних позицій їх розміщення на території держави, вдосконалення гос­подарських систем та збільшення площ зеленої зони. Гострота екологіч­них проблем переважної більшості міст світу спонукає до пошуку нових шляхів їх вирішення.

Основним принципом майбутнього містобудування є гармонізація природного і соціального середовищ у місті. Тут можливі різні шляхи вирішення цієї проблеми: будівництво невеликих міст або багатомільйон­них мегаполісів зі спорудженням сімейних котеджів чи багатоповерхових будівель. Сучасні тенденції містобудування, зокрема мегаполісів, свідчать про те, що дедалі більша перевага віддається будівництву невеликих жит­лових міст, які розташовані поблизу промислово-ділової частини міста.

Міста майбутнього мають бути екологічно чистими з достатньо вели­кими зеленими зонами. Покрівлі передбачається використовувати для спорудження сонячних колекторів, що дасть змогу заощаджувати до 25 %

енергії. Вони повинні гармонійно вписуватися в природні ландшафти з незайманими природними екосистемами. Набуває певного поширення напрям підземного будівництва. Під землею вже будуються гаражі, складські приміщення, торгові центри, метро та інші побутові об'єкти. Особливого значення набуває будівництво підземної транспортної мережі. Не виключено, що й житлова частина міста буде розташована під землею, що дасть змогу заощадити будівельні матеріали під час будівництва та теплову енергію під час проживання. Отже, основними завданнями в майбутньому містобудуванні має бути вирішення екологічних проблем, пов'язаних з нормальним проживанням населення в екологічно безпечних умовах.

Показники урбанізованості населення Землі (станом на 01.01.1995)