На ранней стадии существования материи она была в значительной степени радиоактивной. Однако по истечении времени большинство ядер природных радиоактивных веществ подверглись радиоактивному распаду и стали устойчивыми. Но некоторые вещества всё ещё радиоактивны и являются источниками ионизирующего излучения. Наряду с этим, излучения Космоса и Солнца постоянно воздействуют на организм и окружающую среду. Таким образом, вся жизнь на земле развивается в среде, которая является естественной — радиоактивной.
Ионизирующее излучение было открыто в 1895 году Вильгельмом Конрадом Рентгеном в Германии, который зафиксировал неизвестные ранее лучи, которые проникали сквозь тело человека. Эти лучи, однако, не были связаны с естественной радиоактивностью. Рентген получил их в электронной лампе, разгоняя поток электронов от одного электрода к другому. Это открытие вдохновило других учёных искать таинственные лучи, и в 1896 году было сделано следующее открытие: французский физик Анри Беккерель изучал минеральный образец урана и обнаружил, что он испускал лучи того же самого типа, что и лучи Рентгена. Беккерель обнаружил явление естественной радиоактивности.
Теперь поиск химических элементов, испускающих радиацию, стал более целенаправленным. В 1898 году учёные Мария и Пьер Кюри выделили два радиоактивных элемента: полоний и радий. Радий, который является высоко радиоактивным химическим элементом, скоро оказался полезным в медицине. А в то время об опасности вредного воздействия излучения на организм не было известно.
Многие из первопроходцев в области медицины и научных исследований были облучены, и в течение первых десятилетий прошлого столетия некоторые из них погибли от лучевой болезни.
В 1928 году на Международном Конгрессе по радиологии в Стокгольме была основана международная организация – сегодня известная, как Международная Комиссия по Радиационной Защите (МКРЗ). МКРЗ собирает информацию о воздействии радиации на здоровье и выпускает рекомендации по радиационной защите.
Воздействие ионизирующего излучения на вещество.
Любое вещество, поглощая энергию солнечного излучения, нагревается. Воздействие солнечного излучения на биологическую ткань приводит к биологическим эффектам (например, загар на теле человека). Так же и ионизирующее излучение воздействует различным образом на живую и неживую материю.
Тело человека поглощает энергию и находится под биологическим воздействием ионизирующего излучения. Чтобы понять, как ионизирующее излучение воздействует на нашу биологическую ткань, исследуем процесс на уровне элементов, составляющих ткань, то есть на уровне клетки.
Клетка и молекула ДНК живого организма.
Человеческое тело состоит приблизительно из 10 14 клеток. Клетка — самая маленькая частица организма, которая обладает способностью к жизнедеятельности и размножению. Она поглощает питательные вещества и кислород из крови и преобразует их в энергию. Компьютером, управляющим всеми программами, по которым работают все наши клетки, является генетический материал, содержащийся в ядре каждой клетки. Генетический материал содержит не только информацию о задачах клетки, но также и полный сборочный чертёж всего человеческого тела, включая все его индивидуальные характеристики.
Генетический материал человека состоит из 46 хромосом, составляющих 23 пары. Внутри хромосом находится молекула ДНК, которая является сложнейшей макро-молекулой. Молекула ДНК состоит их двух цепочек в форме двойной спирали, растянув которые можно получить нить длинной около 1,5 метра
Четыре базы, названные А, С, G, Т, связывают обе спирали вместе очень оригинальным способом. А в одной спирали всегда соединяется с Т в другой спирали, С всегда соединяется с G. В случае, если одна спираль повреждена, другая служит моделью для восстановления.
Деление клетки в организме.
Клетки могут разрушиться или быть повреждены вследствие каких-либо причин. Чтобы позволить тканям тела и органам поддерживать свои функции, клетка делится с образованием двух нормальных, здоровых дочерних клеток, идентичной материнской клетке, которые заменяют повреждённую клетку.
Когда клетка делится, обе цепочки каждой молекулы ДНК разделяются, каждая затем становится частью новой спирали ДНК и в результате – мы имеем две новые клетки.
Полный процесс деления занимает от двух минут до двух часов – это очень чувствительный период в жизни клетки. Повреждение ДНК во время этого процесса может привести к различным последствиям. Однако, способность клетки к восстановлению исправит большинство дефектов прежде, чем закончится образование новой клетки.
Повреждение ДНК происходит случайно, или в результате воздействия на неё ядовитых веществ, вирусов, ультрафиолетового или ионизирующего излучения.
Воздействии ионизирующего излучения на ДНК.
Некоторые клетки являются наиболее чувствительными к ионизирующему излучению, но все они чувствительны в период деления. Это означает, что растущая ткань или ткань, которая имеет высокую скорость деления клеток, более чувствительна к ионизирующему излучению, чем другие ткани. Вот почему дети, а особенно плод беременной женщины более чувствительны к излучению, чем взрослые. По той же причине клетки раковой опухоли более чувствительны к излучению, чем здоровая ткань, так как раковая опухоль растёт очень быстро за счёт частого деления раковых клеток. Эта особенность опухоли используется для лечения рака при помощи облучения раковых клеток.
Прямые и косвенные эффекты облучения.
Ионизирующее излучение может воздействовать на ДНК непосредственно или косвенно. Наши клетки состоят на 65-75% из воды. Поэтому, наиболее вероятная молекула, которая подвергается воздействию ионизирующего излучения молекула воды. Излучение ионизирует молекулы воды, приводя к образованию различных химических активных веществ. Эти вещества, которые называются свободными радикалами, могут воздействовать на молекулу ДНК. Прямое воздействие имеет менее важное значение, поскольку оно менее вероятно. Чтобы вызвать прямой эффект, ионизирующее излучение должно разрушить молекулу ДНК.
Читайте также: Бактериемия это размножение микробов в тканях
Бета- и гамма-излучения вызывают низкую плотность ионизации, поэтому вероятность повреждения обеих цепочек спирали ДНК относительно небольшая. Обычно ущерб наносится только одной цепочке или одной базе, и это повреждение может быть восстановлено относительно эффективными функциями восстановления организма. Альфа-излучение вызывает высокую плотность ионизации. При этом возникает большая вероятность разрушения обеих цепочек ДНК. Поскольку генетическая модель клетки, таким образом, разрушается, вероятна ошибка в процессе восстановления клетки, что может даже привести к гибели клетки.
Действие радиации на организм человека.
Существуют различия между последствиями радиационного воздействия, которые возникают вскоре после облучения – острые последствия – и последствиями, которые будут наблюдаться намного позже – хронические последствия.
Острые последствия облучения.
Острые последствия обусловлены большой дозой облучения тела или органа человека за короткий срок, и в большинстве случаев приводят к гибели клеток организма. При превышении порогового значения повреждения неизбежны, и они увеличиваются с увеличением дозы. Индивидуальное пороговое значение может быть разным, и это может изменить степень повреждения каждого индивидуума. Острая лучевая болезнь и повреждение плода у беременных – примеры острых повреждений организма в результате воздействия ионизирующего излучения.
Клетки, которые являются наиболее чувствительными к воздействию радиации – клетки с высокой частотой деления. Поэтому в первую очередь ионизирующее излучение будет воздействовать на кроветворные органы (красный костный мозг), особенно чувствительные к ионизирующему излучению. Кратковременная доза облучения на всё тело более, чем 1000 мЗв (100 бэр) приведёт к острой лучевой болезни. Множество клеток и, следовательно, большие части живой ткани будут повреждены или погибнут. Функции облучённого органа будут нарушены. Последствия интенсивного облучения организма в дозах, превышающих пороговое значение, иногда проявляются уже через час или два: человек начнёт чувствовать слабость и начнётся рвота. Эти признаки обычно уменьшаются после двух дней, и в течение двух-трёх недель – самочувствие человека улучшается. Однако, за это время число белых кровяных клеток существенно уменьшится, уменьшится и сопротивление организма заразным болезням. Это может привести к воспалительным болезням с высокой температурой, диарее и кровотечениям. Если человек поправляется от острого облучения, то останется риск хронических последствий облучения.
Незамедлительное и целенаправленное квалифицированное лечение увеличивает процент выживания.
Генетические нарушения в организме.
Различают следующие виды воздействия на клетки организма вследствие облучения в зависимости от поглощённой дозы облучения и радиоустойчивости клетки:
— Без изменений – облучение не влияет на клетку
— Клетка восстанавливает молекулу ДНК
Молекула ДНК получает ложную информацию, ведущую к мутации клетки. Мутации не обязательно отрицательные, но они могут также привести к генетическим нарушениям и раковым заболеваниям.
Хронические последствия облучения.
Рак и наследственные болезни расцениваются как хронические последствия действия радиационного облучения.
Пороговое значение дозы облучения для хронических последствий отсутствует. Чем больше доза облучения, тем выше вероятность заболевания.
Клетка, у которой генетический код был изменён, может развиться в раковую клетку. Рак – болезнь, вызванная бесконтрольным делением мутирующих клеток. Примерно 20% всех смертных случаев в мире – от раковых болезней. Признаки лейкемии, вызванной ионизирующим излучением, обнаруживаются через 3-7 лет после облучения. Другие виды раковых болезней развиваются более длительное время.
Наследственные изменения в потомстве.
ДНК в половых клетках, также могут быть повреждены ионизирующим излучением. Эти повреждения могут быть переданы следующему поколению. Но для того, чтобы это случилось, дефект клеток должен быть унаследован от обоих родителей. Необходимые условия передачи генетических изменений следующему поколению:
— Хромосома в половой клетке повреждена.
— Повреждены одинаковые хромосомы в клетках отца и матери.
— Эмбрион должен развиться. Шансы эмбриона выжить уменьшаются, если клетки повреждены.
Эти условия объясняют, почему наследственные последствия нанесения вреда организму настолько трудно оценить. Вероятность каждого условия мала. Вероятность того, что все три условия выполняются одновременно – чрезвычайно мала.
Ионизация живых тканей приводит
Все виды ионизирующих излучений, прямо или косвенно попадая в организм или проходя через него, вызывают ионизацию, однако плотность последней может быть различной. Плотность ионизации зависит от энергии ионизирующей частицы и ряда других условий. Ионизация ведет к биологическим изменениям в тканях организма.
Первичные механизмы биологического действия различных видов проникающих излучений весьма близки и в ряде случаев идентичны. Различия в характере действия определяются степенью проникновения, способностью к ионизации, дозой облучения, временем действия, а также состоянием облучаемой ткани. Ионизация возникает либо непосредственно при действии а- и р-частиц, либо через посредство вторичных ионизирующих частиц при поглощении рентгеновых и у-лучей или нейтронов.
Для всех видов проникающего излучения, которые могут вызывать лучевые повреждения живых организмов, наиболее характерна их способность выбивать электроны из атомов или молекул облучаемых веществ и тем самым вызывать их ионизацию. Схематически этот процесс изображают в таком виде: А —> е + А+; е + В —> В-, т. е. молекула А, теряя электроны, становится положительно заряженным ионом (А+); выбитый электрон, присоединяясь к молекуле В, превращает ее в отрицательно заряженный ион (В-).
Читайте также: Зона роста состоит из клеток образовательной ткани
Действие рентгеновых и у-лучей связано с появлением вторичных электронов, образующихся при поглощении или рассеянии рентгеновых или у-квантов (фотонов). При действии быстрых нейтронов ионизация проявляется за счет протонов отдачи, образующихся при столкновении нейтронов с ядрами атомов водорода. Эффект действия медленных нейтронов обусловливается ионизирующим действием частиц, появляющихся при ядерных реакциях, вызываемых медленными нейтронами (Г. М. Франк).
После акта ионизации, т. с. образования положительно заряженной частицы — иона, и после присоединения свободного электрона к нейтральной молекуле с образованием отрицательного иона возникают последующие процессы, в которых участвуют образованные ионы. В живых организмах, состоящих почти на 75°/о из воды, значительная часть энергии излучения поглощается молекулами воды.
По мнению многих ученых, решающее значение приобретает действие, возникающее благодаря ионизации молекул воды. При взаимодействии ионизирующего излучения с молекулами воды образуются свободные радикалы: Н, ОН и Н02, которые могут реагировать с любым веществом, способным окисляться или восстанавливаться. Наряду с этим возможны и другие пути их взаимодействия или рекомбинации, приводящие к образованию перекиси водорода, атомарного кислорода и т. д..
Из этого следует, что и после рекомбинации радикалов в водной среде могут оставаться вещества пероксидного характера, которые обладают выраженными окислительными свойствами и высокой токсичностью по отношению к тканям.
Б. Н. Тарусов считает, что при реакциях взаимодействия активных радикалов с молекулами живого вещества образуются активные биологические продукты, принимающие участие в возникновении самоускоряющейся реакции, протекающей по цепному типу. По его мнению, эта цепная реакция идет через ряд промежуточных продуктов и приводит к накоплению токсинов. П. Д. Горизонтов указывает, что понимание особенностей биологического действия различных излучений вытекает из характера распределения их поглощаемой энергии в организме.
При одном и том же количестве поглощенной энергии а-лучи вызывают в 10, нейтроны тепловые в 5 и быстрые нейтроны различной энергии в 10—20 раз более интенсивный биологический эффект, чем рентгеновы и у-лучи. Биологическое действие большинства радиоактивных веществ связано также с их химическими свойствами.
В чем состоит вредное влияние на человека ионизирующих излучений?
В обычных условиях каждый человек непрерывно подвергается воздействию ионизирующей радиации в результате космического излучения, а также вследствие излучения естественных радионуклидов, находящихся в земле, пище, растениях и в самом организме человека.
Уровень естественной радиоактивности, вызываемый естественным фоном, невелик. Такой уровень облучения привычен для человеческого организма и считается безвредным для него.
Техногенное облучение возникает от техногенных источников как в нормальных, так и в аварийных условиях.
Различные виды радиоактивных излучений могут вызывать в тканях организма определенные изменения. Эти изменения связаны с возникающей при облучении ионизацией атомов и молекул клеток живого организма.
Работа с радиоактивными веществами при отсутствии надлежащих мер защиты может привести к облучению дозами, оказывающими вредное влияние на организм человека.
Контакт с ионизирующими излучениями представляет серьезную опасность для человека. Степень опасности зависит как от величины поглощенной энергии излучения, так и от пространственного распределения поглощенной энергии в организме человека.
Радиационная опасность зависит от вида излучения (коэффициент качества излучения). Тяжелые заряженные частицы и нейтроны более опасны, чем рентгеновское и гамма-излучение.
В результате воздействия ионизирующих излучений на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биологические процессы. Ионизирующие излучения вызывают ионизацию молекул и атомов вещества, в результате чего молекулы и клетки ткани разрушаются.
Ионизация живых тканей сопровождается возбуждением молекул клеток, что ведет к разрыву молекулярных связей и к изменению химической структуры различных соединений.
Известно, что 2/3 общего состава ткани человека составляет вода. В связи с этим процессы ионизации живой ткани во многом определяются поглощением излучения водой клеток, ионизацией молекул воды.
Образующиеся в результате ионизации воды водород (Н) и гидроксильная группа (ОН) непосредственно либо через цепь вторичных превращений образуют продукты с высокой химической активностью: гидратный окисел (Н02) и перекись водорода (Н202), обладающие ярко выраженными окислительными свойствами и высокой токсичностью по отношению к ткани. Вступая в соединения с молекулами органических веществ, и прежде всего с белками, они образуют новые химические соединения, не свойственные здоровой ткани.
При облучении нейтронами в организме могут образоваться радиоактивные вещества из содержащихся в нем элементов, образуя наведенную активность, т. е. радиоактивность, созданную в веществе в результате воздействия на него потоков нейтронов.
Ионизация живой ткани, зависящая от энергии излучения, массы, величины электрического заряда и ионизирующей способности излучения, приводит к разрыву химических связей и изменению химической структуры различных соединений, составляющих клетки ткани.
В свою очередь, изменения в химическом составе ткани, происходящие в результате разрушения значительного числа молекул, приводят к гибели этих клеток. Причем многие излучения проникают очень глубоко и могут вызвать ионизацию, а следовательно и поражение клеток в глубоко расположенных частях человеческого тела.
В результате воздействия ионизирующих излучений нарушается нормальное течение биологических процессов и обмен веществ в организме.
В зависимости от дозы облучения и продолжительности воздействия и от индивидуальных особенностей организма эти изменения могут быть обратимыми, при которых пораженная ткань восстанавливает свою функциональную деятельность, либо необратимыми, что приведет к поражению отдельных органов или всего организма. Причем чем больше доза облучения, тем больше воздействие его на организм человека. Выше отмечалось, что наряду с процессами повреждения организма ионизирующими излучениями происходят и защитно-восстановительные процессы.
Читайте также: Эпителиальная ткань вид ткани местоположение функции
Продолжительность облучения оказывает большое влияние на эффект облучения, и следует считать, что решающее значение имеет даже не доза, а мощность дозы облучения. С увеличением мощности дозы поражающее действие возрастает. Поэтому дробное воздействие облучения меньшими дозами менее губительно, чем получение той же дозы облучения в течение однократного облучения суммарной дозой облучения.
Степень поражения организма ионизирующим излучением повышается с увеличением размеров облучаемой поверхности. Воздействие ионизирующих излучений оказывается различным в зависимости от того, какой орган подвергается облучению.
Вид излучения влияет на разрушительную способность излучения при воздействии на органы и ткани организма. Это влияние учитывает взвешивающий коэффициент для данного вида излучения, что было отмечено ранее.
Индивидуальные особенности организма сильно проявляются при малых дозах облучения. С увеличением дозы облучения влияние индивидуальных особенностей становится незначительным.
Человек наиболее устойчив к облучению в возрасте от 25 до 50 лет. У молодых людей чувствительность к облучению выше, чем у людей среднего возраста.
Биологическое воздействие ионизирующих излучений в значительной степени зависит от состояния центральной нервной системы и внутренних органов. Нервные заболевания, а также заболевания сердечно-сосудистой системы, кроветворных органов, почек, желез внутренней секреции снижают выносливость человека к облучению.
Особенности воздействия радиоактивных веществ, попавших внутрь организма, связаны с возможностью длительного их нахождения в организме и непосредственного воздействия на внутренние органы.
Внутрь организма человека радиоактивные вещества могут поступать при вдыхании воздуха, загрязненного радионуклидами, через пищеварительный тракт (при еде, питье, курении), через поврежденную и неповрежденную кожу.
Г азообразные радиоактивные вещества (радон, ксенон, криптон и др.) легко проникают через дыхательные пути, быстро всасываются, вызывая явления общего поражения. Газы относительно быстро выделяются из организма, большая их часть выделяется через дыхательные пути.
Проникновение в легкие распыленных радиоактивных веществ зависит от степени дисперсности частиц. Частицы размером более 10 мк, как правило, задерживаются в носовой полости и в легкие не проникают. Частицы размером менее 1 мк, попавшие при вдыхании внутрь организма, удаляются с воздухом при выдыхании.
Степень опасности поражения зависит от химической природы этих веществ, а также от скорости выведения радиоактивного вещества из организма. Менее опасны радиоактивные вещества:
быстро обращающиеся в организме (вода, натрий, хлор и др.) и не задерживающиеся в организме на длительное время;
не усваиваемые организмом;
не образующие соединений, входящих в состав тканей (аргон, ксенон, криптон и др.).
Некоторые радиоактивные вещества почти не выводятся из организма и накапливаются в нем, при этом одни из них (ниобий, рутений и др.) равномерно распределяются в организме, другие сосредоточиваются в определенных органах (лантан, актиний, торий — в печени, стронций, уран, радий — в костной ткани), приводя к их быстрому повреждению.
При оценке действия радиоактивных веществ следует также учитывать период их полураспада и вид излучения. Вещества с малым периодом полураспада быстро теряют активность и поэтому менее опасны.
Каждая доза излучения оставляет глубокий след в организме. Одним из отрицательных свойств ионизирующих излучений является его суммарное, кумулятивное действие на организм.
Кумулятивное действие оказывается особенно сильным при попадании в организм радиоактивных веществ, отлагающихся в определенных тканях. При этом, присутствуя в организме изо дня в день в течение длительного срока, они облучают близлежащие клетки и ткани.
Различают следующие виды облучений:
хроническое (постоянное или прерывистое действие ионизирующего излучения в течение длительного времени);
острое (однократное, кратковременное лучевое воздействие);
общее (облучение всего организма);
местное (облучение части организма).
Результат воздействия ионизирующего излучения и при внешнем, и при внутреннем облучении зависит от дозы облучения, продолжительности воздействия, вида облучения, индивидуальной чувствительности и величины облучаемой поверхности. При внутреннем облучении эффект воздействия зависит, кроме того, от физико-химических свойств радиоактивных веществ и их поведения в организме.
На большом экспериментальном материале с животными, а также путем обобщения опыта работы людей с радионуклидами в общих чертах было установлено, что при воздействии на человека определенных доз ионизирующих излучений они не вызывают в организме существенных необратимых изменений. Такие дозы называются предельными.
Предел дозы — величина эффективной годовой или эквивалентной дозы техногенного облучения, которая не должна превышаться в условиях нормальной работы. Соблюдение предела годовой дозы предотвращает возникновение детерминированных эффектов, а вероятность стохастических эффектов сохраняется при этом на приемлемом уровне.
Детерминированные эффекты излучения — клинически выявляемые вредные биологические эффекты, вызываемые ионизирующим излучением, в отношении которых предполагается существование порога, ниже которого эффект отсутствует, а выше — тяжесть эффекта зависит от дозы.
Стохастические эффекты излучения — вредные биологические эффекты, вызываемые ионизирующим излучением, не имеющие дозового порога возникновения, вероятность возникновения которых пропорциональна дозе и для которых тяжесть проявления не зависит от дозы.
В связи с изложенным вопросы защиты работающих от вредного воздействия ионизирующих излучений носят разносторонний характер и регламентируются различными правовыми актами.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом