Дія йонізуючого випромінювання

§ 17. Поняття про радіоактивність, радіаційний фон

На кожного мешканця Землі постійно діє так званий природний радіаційний фон, який формується з космічної радіації та випромінювань радіоактивних речовин, що містяться в земній корі. Сумарна річна доза природного опромінення дорівнює 70—200 мілірентгенів (мР) і не становить загрози для здоров'я людини. Навіть додаткова доза опромінення, яку людина дістає під час медичних обстежень, цілком безпечна. Робота у специфічних умовах, наприклад на атомних електростанціях, хоч і пов'язана з деяким ризиком, але особливої небезпеки для здоров'я також не становить, оскільки суворо регламентована санітарно-гігієнічними вимогами.

Небезпека дії йонізуючого випромінювання виникає під час опромінень у набагато більших дозах. Подібні ситуації мають місце у випадку аварій на ядерних установках, коли відбувається забруднення води, ґрунту, повітря радіоактивними ізотопами, внаслідок ядерних вибухів під час випробувань ядерної зброї чи завдавання ядерного удару.

Так, під час аварії на Чорнобильській АЕС, де використовувався реактор типу РБМК, в який завантажувалося 180 т ядерного палива, в атмосферу потрапило багато різних типів радіонуклідів, що за сумарною активністю дорівнює 5 • 10⁷ Кі.

Радіоактивність — це розпад ядер деяких елементів та ізотопів, що мають надлишок нейтронів або протонів. Природна радіоактивність є довільним процесом. На Землі чимало місць із підвищеним радіаційним фоном. Це, як правило, родовища урану, радіоактивних сланців, торієві піски, радонові мінеральні джерела. В Україні до таких місць належать міста Хмільник, Миронівка, Жовті Води.

Космічне випромінювання складається з галактичного та сонячного. Його досить мала енергія зростає в стратосфері та йоносфері Землі. Це випромінювання складається в основному з протонів і важких ядер. Потрапивши в атмосферу, вони, стикаючись з різними атомами і молекулами елементів повітря, спричиняють появу радіонуклідів (Тритій, Карбон-14, Берилій-7, Натрій-22 та ін.), що разом з опадами випадають на землю.

Штучна радіоактивність — це радіоактивність, спричинена діяльністю людини. Зміст такої діяльності полягає в добуванні енергії під час ядерної реакції (взаємодії ядер з елементарними частинками, що супроводжується перетворенням ядер і виділенням величезної кількості енергії). Радіоактивний розпад не залежить від таких зовнішніх фізичних факторів, як тиск, температура, склад повітря тощо. Під час цього процесу і виникає радіація.

Радіація — виділення елементарних частинок чи електромагнітної енергії атомними ядрами під час їх поділу. Нині широко використовують термін йонізуюче випромінювання, під яким розуміють промені різних типів і походження, які в результаті проходження крізь речовину йонізують атоми і молекули. Так, йонізація може бути спричинена електромагнітними коливаннями (рентгенівським, синхротронним, гамма-випромінюванням) та частинками (електронами, позитронами, протонами, альфа-частинками, л-мезонами, прискореними ядрами, нейтронами). Найважливішим для людини і в той же час небезпечним є а-, β- і у-випромінювання.

а-промені — це потік позитивно заряджених ядер Гелію. Вони мають найкоротший радіус дії (кілька сантиметрів у повітрі і 0,1 мм у живій тканині). Небезпечні тільки під час прямого контакту зі шкірою чи слизовими оболонками, але мають надзвичайну руйнівну силу, спричинюють сильні опіки.

β-промені складаються з негативно заряджених електронів, що рухаються з величезною швидкістю. В повітрі вони поширюються на кілька метрів, у живій тканині — на кілька міліметрів.

у-промені мають електромагнітну природу і становлять найнебезпечніше явище. Діють на відстані сотень метрів.

Крім типу випромінювання, важливе значення має фізичний стан та хімічні властивості речовин, що містять радіоактивні ізотопи (радіонукліди). Це визначає їх надходження в організм людини і локалізацію в тканинах. З трьох шляхів надходження радіонуклідів у організм (через шкіру, повітря, їжу) найнебезпечнішим є потрапляння їх з їжею.

У тканинах організму радіонукліди розподіляються по-різному. У кістках накопичуються Стронцій, Кальцій, Барій, Радій, у печінці затримуються Церій, Лантан, Прометій, у м'язах залишаються Калій, Рубідій, Цезій, в селезінці та лімфатичних вузлах утримуються Ніобій, Рутеній, щитовидною залозою поглинається Іод. Рівномірно по всьому тілу розподіляються Тритій, Карбон, Ферум, Полоній.

Радіонукліди, що потрапили в організм людини, а також ті, що впливають ззовні, йонізують речовини, що входять до складу живих тканин, діючи на молекулярному рівні і спричинюючи різні зміни залежно від дози опромінення.

Доза опромінення є кількісною оцінкою йонізації. Визначається кількістю енергії радіації, поглинутої одиницею маси тіла. Одиницею виміру є грей (табл. 3). Користуються також поняттям ефективна еквівалентна доза (Зв), або біологічний еквівалент радіації (Бер).

ТаблицяЗ.Одиниці вимірювання йонізуючого випромінювання

Для вимірювання ступеня йонізації повітря, потужності дози рентгенівського та гамма-випромінювання, загального рівня радіації користуються старою одиницею вимірювання — рентгеном. Кінцевий результат опромінення залежить перш за все від часу, протягом якого діяла радіація певної потужності.

§ 18. Біологічна дія йонізуючого випромінювання

Розрізняють пряму дію радіації (наприклад, розрив молекули ДНК в результаті проходження елементарної частинки), та непряму, коли, наприклад, йонізується вода, що входить до складу клітин (відбувається радіоліз). Ці первинні фізико-хімічні процеси діють паралельно й призводять до складних взаємопов'язаних змін, що порушують функціонування систем організму. У разі дії обох видів радіації головними об'єктами опромінення є великі білкові молекули.

Під час проходження елементарної частинки крізь живу клітину руйнуються хімічні зв'язки молекул (пряма дія). З утворених вільних радикалів виникають нові хімічні сполуки (непряма дія). Непряма дія йонізуючого випромінювання набагато більша, тому що утворені вільні радикали надзвичайно «агресивні», а під час проходження елементарних частинок крізь клітину утворюється цілий трек з таких радикалів.

Дуже небезпечний радіоліз води, під час якого утворюється супероксидний оксиген 0₂, який завдає значних пошкоджень оточуючим органічним молекулам. Пошкоджуються також окремі ділянки ДНК внаслідок дезамінування основ амінокислот чи розривів карбонових зв'язків. Це призводить до генетичних та соматичних ефектів. Якщо радіація діє на білки, спостерігається їх часткова денатурація, вони втрачають свої функції. Таким чином, навіть дуже незначна кількість енергії, що потрапила в організм, призводить до значних змін у ньому. Це явище дістало назву радіобіологічного парадоксу — невідповідності між експозиційною дозою та ефектом її дії.

Найвищою радіочутливістю характеризуються клітини, що мають велику швидкість поділу. До них належать клітини кісткового мозку, лімфоїдної тканини, статеві, епітелій шлунково-кишкового тракту. Найменш уразливі нервові волокна, кістки, хрящі. Неоднакова чутливість до радіації організмів різного віку. Чим молодший організм — тим він чутливіший.

Виділяють три групи органів за їх чутливістю до дії радіації:

1) все тіло, статеві органи, червоний кістковий мозок;

2) м'язи, щитовидна залоза, жирові тканини, печінка, селезінка, шлунково-кишковий тракт, легені, кришталик ока тощо;

3) кісткова тканина, шкіра, кисті, литки, стопи.

Сила впливу радіонуклідів, які потрапляють усередину тіла, визначається їх фізико-хімічними властивостями, способами й часом проникнення, швидкістю виведення. При цьому має значення розмір частинок, що містять радіонукліди. Наприклад, більші частинки затримуються у верхніх дихальних шляхах і можуть швидко видалитися. Також можуть бути швидко видалені, не потрапивши у кров, частинки, які надійшли з їжею. Ступінь видалення радіонуклідів з організму залежить від загальної швидкості метаболічних процесів (у молодшого організму вони швидші).

Розраховуючи дози опромінення, варто також враховувати і природний радіаційний фон.

§ 19. Клінічна картина радіаційного ураження

Після опромінення організму людини під час зовнішнього чи внутрішнього впливу радіації може виникнути тяжке захворювання — променева хвороба. В її розвитку виділяють ряд синдромів, що свідчать про радіоактивне ураження окремих фізіологічних систем організму людини.

Церебральний синдром виявляється у вигляді підвищеного психічного та рухового збудження, інколи супроводжується непритомністю. Ці симптоми виникають та прогресують внаслідок променевого пошкодження клітин та судин головного мозку. Збудження поступово змінюється апатією. З часом людина втрачає здатність координувати рухи, орієнтуватися у просторі та часі. Далі — судоми, зупинка дихання і смерть.

Шлунково-кишковий синдром виникає внаслідок ураження епітелію, що вистилає внутрішню поверхню кишечника. Клітини кишечника відповідають за всмоктування поживних речовин та рідини. Крім того, вони є бар'єром, який перешкоджає проникненню в кров різних мікроорганізмів. Їх загибель порушує процеси всмоктування, що призводить до зневоднення організму і його інфікування кишковими бактеріями. Симптоми — біль у шлунку та кишечнику, швидка втрата маси тіла, нудота, блювання, пронос, під час якого видаляється багато рідини. Порушується водно-сольовий баланс і настає смерть.

Кістково-мозковий синдром може бути в результаті різкого порушення кровотворення і кровообігу. Кістковий мозок відповідає за відтворення основних структурних компонентів крові — еритроцитів, лейкоцитів, тромбоцитів. Радіоактивне ураження спричинює різке зменшення кількості кров'яних клітин, внаслідок чого розвивається анемія, з'являються кровотечі.

Прояв та тяжкість перебігу променевої хвороби залежать від дози опромінення. Так, променева хвороба виникає при одноразовому опроміненні з експозиційною дозою 100 Р (1 грей). Найстрашніше те, що в момент опромінення людина нічого не відчуває і не знає, що зазнала тяжкої травми. Розрізняють чотири ступені тяжкості перебігу променевої хвороби, які залежать від отриманої дози.

І ступінь — легкий. Виникає під час одноразового опромінення дозою в 1—2 грей. II ступінь — середній. Розвивається під дією радіації в 2—4 грей. Ill ступінь — тяжкий. Спричинюється дією дози в 4—6 грей. Нарешті, IV ступінь — вкрай тяжкий. Спричинюється одноразовим опроміненням понад 6 грей. У перебігу променевої хвороби кожного ступеня можна виділити чотири періоди.

Період первинної променевої реакції. Виникає відразу після опромінення або впродовж 1—10 год і триває від кількох годин до кількох діб. Характеризується збудливістю, роздратованістю хворого. Потім настає загальна слабкість, нудота, блювання, головний біль, підвищення температури тіла. Після цього спостерігається пригнічення психічної діяльності.

Прихований період починається з моменту зникнення симптомів первинної реакції. Самопочуття хворого поліпшується, але він може скаржитися на загальну слабкість та зниження апетиту, неспокійний сон. Період прихованої дії триває кілька днів або тижнів. Чим коротший прихований період, тим важчі наслідки. В особливо важких випадках цей період відсутній.

Період загострення променевої хвороби характеризується проявом усіх ознак ураження: знову з'являються головний біль, безсоння, нудота, блювання, зростає загальна слабкість, виникають шлунково-кишкові розлади з сильним болем у животі, проноси, інколи з кров'ю. Температура тіла підвищується до 40 °С і довго тримається. На шкірі з'являються крововиливи та виразки. Спостерігаються кровотечі з внутрішніх органів, а через 2—3 тижні — випадання волосся. У цей період часто виникають такі інфекційні ускладнення, як ангіна, запалення легенів, сепсис. При легкому та вкрай тяжкому ступенях ураження цей період триває недовго: у першому випадку швидко переходить у четвертий період, у другому — настає смерть.

Період одужання. Першою його ознакою є зменшення кровотеч і підвищення апетиту. Нормалізується температура, поліпшується загальний стан, збільшується маса тіла.

Під час опромінень невеликими дозами зовнішньої радіації чи вживання з їжею великої кількості радіонуклідів може виникнути так звана хронічна променева хвороба. Її перебіг залежить від сумарної дози опромінення та локалізації радіонуклідів у організмі. Першими симптомами є підвищена втомлюваність, роздратованість, зниження працездатності, погіршання пам'яті та порушення сну. Потім з'являються шлунково-кишкові розлади, кровотечі з ясен і носа, біль у кістках.

Смерть настає у випадку продовження споживання забрудненої радіонуклідами їжі чи перебування протягом тривалого часу на забрудненій місцевості. Зміна харчування і евакуація, як правило, сприяють одужанню.

§ 20. Допомога населенню в разі радіоактивного забруднення місцевості

Характер захисних заходів залежить від часу, що минув з моменту виникнення небезпеки радіоактивного зараження. Основні методи захисту населення від зовнішнього опромінення та надходження радіонуклідів у організм з повітрям, водою та їжею зводяться до обмеження перебування людей на забрудненій місцевості. Їх можна розмістити у тимчасових укриттях, герметизованих приміщеннях, евакуювати. Звичайно, потрібно виключити вживання продуктів і води, забруднених радіонуклідами. В ранній період (до однієї доби) необхідно приймати препарати, що містять Іод (наприклад, йодид калію), оскільки щитовидна залоза дуже швидко накопичує радіоактивний Іод-132 з періодом напіврозпаду 2 доби. Після цього терміну вживання препаратів Іоду недоцільне, у деяких випадках навіть шкідливе. Слід зазначити, що вживання спиртових розчинів йоду не допоможе, а тільки спричинить зайве подразнення слизових оболонок шлунка, тому що всі елементи потрапляють в організм лише у вигляді йонів.

Враховуючи можливість потрапляння радіоактивних речовин з повітрям у легені, для їх захисту слід використовувати респіратори. Дуже небезпечно палити у забрудненому повітрі, оскільки паління сприяє надходженню радіонуклідів у організм. Крім того, тютюн містить речовини, що посилюють дію радіації (радіосенсибілізатори).

На першому етапі після евакуації тіло людини необхідно промити струменем води протягом 15 хв з використанням мийних засобів. Рот, очі і ніс треба прополоскати 1 % -вим розчином соди. Всі губки і тампони, які застосовувалися для миття, слід зібрати, помістити у герметичні банки та направити на радіологічне дослідження. Їх не можна закопувати і категорично забороняється спалювати. Обов'язковим є багаторазове промивання шлунка і кишечника водою. Рекомендується вживання сухого червоного вина по 25—50 мл на добу, продуктів, що містять Ферум. Уповільнюється всмоктування й прискорюється виведення Цезію-137 з організму зі збільшенням у раціоні Калію та Натрію. Стронцій-90 набагато швидше видаляється з організму за умови частого вживання молока і продуктів, що містять Кальцій.

Рекомендується вживати речовини, що послаблюють чи перешкоджають впливу радіації на організм (радіопротектори). В основі дії радіопротекторів лежать різні механізми, наприклад, перехоплення вільних радикалів після проходження елементарної частинки, подовження періоду поділу клітин тощо. До таких речовин належать цистеїн, що міститься у жовтку яєць, каротин А, токоферол Е, який накопичується багатьма овочами. Дуже добре зв'язує Цезій-137 у шлунку протектор-адсорбент берлінська лазур.

Радіоактивне опромінення має ще один бік своєї підступної дії — так звані віддалені ефекти. До них належать:

• напрацювання та накопичення в організмі антитіл, що згодом починають «боротися» з білками організму;

• канцерогенез — втрата контролю за ростом та поділом клітин, що призводить до виникнення та розвитку ракових пухлин.

На жаль, сучасна медицина не має більш-менш дійових способів зупинення чи пригнічення цих процесів.

Незважаючи на різкий спад гонки ядерних озброєнь і послаблення загрози глобальної війни, немає гарантії, що ядерна зброя не буде захоплена і застосована, скажімо, терористами чи фанатично настроєними угрупованнями. Адже накопичено її стільки, що можна кілька разів знищити всю планету.

У зв'язку з цим слід пам'ятати про те, що несе з собою ядерний вибух, і які заходи необхідно здійснити для зменшення дії уражувальних факторів ядерної зброї.

Атомні та термоядерні боєголовки ракет і снарядів діють з величезною руйнівною силою. Вибух проявляється сліпучим спалахом — вогненною кулею, яка перетворюється на грибоподібну хмару, гуркотом. У місці вибуху руйнування всіх споруд досягає майже 100 %. Ця територія називається епіцентром вибуху. Навколишня місцевість, яка також зазнала руйнування, пожеж, радіоактивного забруднення, називається осередком ядерного ураження.

Основними уражувальними факторами, що діють під час вибуху, є світлове випромінювання, ударна хвиля, електромагнітний імпульс, проникна радіація та слід радіоактивної хмари.

Світлове випромінювання — це сильний потік світла, який має дуже широкий спектр променів і здатний у разі безпосередньої дії спричинити опіки різного ступеня, тяжкі ураження очей з тимчасовою чи повною сліпотою. Якщо під час спалаху очі прикриті, вірогідність їх ураження незначна. Опіки можуть виникати внаслідок займання одягу чи пожеж.

Електромагнітний імпульс безпосередньої небезпеки для здоров'я людини не становить. Можливий лише у деяких випадках тимчасовий розлад нервової і серцево-судинної систем у людей, які мають схильність до відповідних хвороб. Ураження можливе внаслідок виведення з ладу електричного обладнання і виникнення у зв'язку з цим пожеж або уражень електричним струмом, високовольтною дугою.

Ударна хвиля характеризується величиною надлишкового тиску від 20 до 100 кПа. Люди можуть дістати переломи кісток, вивихи, розриви тканин чи органів, кровотечі, струси мозку або ураження вторинного походження уламками різних споруд, осколками скла, іншими предметами, що рухаються з великою швидкістю. Тяжкість уражень зумовлюється віддаленістю від епіцентру вибуху.

Проникна радіація зумовлена дією потоку нейтронів та у-випромінювання, що діють у перші 10—15 с після вибуху. Відбувається йонізація живої тканини, що призводить до порушення функцій організму та розвитку променевої хвороби.

Слід радіоактивної хмари — радіоактивне зараження місцевості продуктами ядерного вибуху. Небезпека полягає у зовнішньому опроміненні у-променями, що йдуть від усіх забруднених предметів, а також внутрішньому опроміненні β-променями у разі потрапляння забруднених частинок усередину організму з повітрям, водою, їжею. Це так само може призвести до розвитку гострої променевої хвороби.

Подаючи першу медичну допомогу в осередках ядерного ураження, слід вживати заходи, які забезпечать врятування життя людей. Потрібно зменшити дію зовнішнього у-випромінювання, для чого всіх направляють у захисні споруди. Потім здійснюють часткову санітарну обробку та дезактивацію одягу і взуття. Ця обробка передбачає обмивання чистою водою або обтирання вологими тампонами і губками відкритих частин тіла. Потерпілим промивають очі і дають прополоскати рот. Одяг дезактивують з урахуванням напрямку вітру, при цьому дихальні шляхи людей повинні бути захищені респіратором, ватно-марлевою пов'язкою чи рушником.

Під час уражень ударною хвилею і світловим випромінюванням, коли виникають різноманітні ушкодження — кровотечі, вивихи, переломи, опіки тощо,— постраждалим подається допомога відповідно до характеру уражень.

Для попередження розвитку променевої хвороби слід застосувати радіозахисні препарати.