Характеристика и свойства ионизирующих излучений

При облучении  человека смертельной дозой гамма-излучения, равной 6 Гр, в его организме выделяется энергия, равная примерно: E=mD=70 кг·6Гр=420 Дж.

Такая энергия передается организму человека одной чайной ложкой горячей воды. Поскольку эта энергия мала, естественно предположить, что тепловое воздействие ионизирующей радиации не является непосредственной причиной лучевой болезни и гибели человека. Действительно, основной механизм биологического воздействия ионизирующей радиации на живой организм обусловлен химическими процессами, происходящими в живых клетках после их облучения.

Организм  человека состоит примерно на 75% из воды. При дозе 6 Гр в 1 см³ ткани происходит ионизация примерно 10¹⁵ воды. Процессы ионизации и химических взаимодействий продуктов ионизации происходят в клетке за миллионные доли секунды. Биохимические изменения в клетке, обусловленные образованием новых молекул, чуждых нормальной клетке, начинаются сразу после  момента облучения, но не завершаются за короткое время. Некоторые следствия биохимических изменений в клетке проявляются уже через несколько секунд после облучения, другие могут привести к гибели клетки или ее раковому перерождению через десятилетия.

Одним из первых следствий действия облучения на живую клетку является нарушение ее функции деления как самой сложной функции. Поэтому в первую очередь нарушаются  функции органов и тканей организма, в которых происходит деление клеток и образование новых. Острым поражением называют повреждение живого организма, вызванное действием больших доз облучения и проявляющееся в течение нескольких часов или дней после облучения. Первые признаки общего острого поражения организма взрослого человека обнаруживаются, начиная примерно с 0,5–1,0 Зв. Эту эквивалентную дозу можно считать пороговой для общего острого поражения при  однократном облучении. При такой эквивалентной дозе начинаются нарушения в работе кроветворной системы человека. При эквивалентных дозах облучения всего  тела 3–5 Зв около 50% облученных умирает от лучевой болезни в течение 1–2 месяцев. Главной причиной гибели людей при таких дозах облучения является поражение костного мозга, приводящее к резкому снижению числа лейкоцитов в крови. При дозах облучения в 10-50 З наступает через 1–2 недели от кровоизлияний в желудочно-кишечном тракте. Эти кровоизлияния происходят в результате гибели клеток слизистых оболочек кишечника и желудка.

Значительная  часть повреждений, вызванных радиацией  в живых клетках, является необратимыми. Эти повреждения увеличивают вероятность возникновения различных заболеваний, из которых наиболее опасны раковые заболевания. Средняя продолжительность времени от момента облучения до гибели от лейкоза составляет 10 лет.

Вероятность возникновения ракового заболевания увеличивается пропорционально дозе облучения. Эквивалентная доза облучения 1 Зв в среднем приводит к 2 случаям лейкоза, 10 случаям рака щитовидной железы, 10 случаям рака молочной железы у женщин, 5 случаям рака легких на 1000. Раковые заболевания других органов под действием облучения возникают значительно реже. Ионизированная радиация имеет негативное воздействие также на жиры и жиросодержащие вещества, находящиеся в организме. Облучение нарушает процесс эмульгирования и продвижения жиров в области слизистой оболочки кишечника. В результате в просвет кровеносных сосудов попадают капли неэмульгированных и гранулы эмульгированных жиров, переработанных организмом. Повышение окисления жирных кислот в  печени приводит при инсулиновой недостаточности к избытку свободных жирных кислот в крови, понижает активность инсулина. А это в свою очередь ведёт к широко распространённому сегодня заболеванию сахарным диабетом. Наиболее характерными  заболеваниями, сопутствующими поражению от облучения, являются злокачественные новообразования (щитовидной железы, органов дыхания, кожи,  кроветворных органов), нарушения обмена веществ и иммунитета, болезни органов дыхания, осложнения течения беременности, врождённые аномалии, психические расстройства. Восстановление организма после облучения – процесс сложный,  протекающий неравномерно. Повреждения, возникающие в организме, начинают постепенно восстанавливаться на четвертый день после облучения. Скорость восстановительных процессов составляет 2,5 – 3% в сутки в зависимости от дозы облучения. В течение первого месяца восстанавливается до 50% повреждений. Однако около 10% повреждений, вызванных проникающей радиацией, имеют необратимый характер. При длительном облучении биологический эффект проявится примерно от половины полученной суммарной дозы.  Если восстановление эритроцитов и лимфоцитов в крови начинается через 7–9 месяцев, то  восстановление лейкоцитов – через 4 года. На длительность этого процесса оказывают влияние не только радиационные, но и психогенные, социально-бытовые, профессиональные и другие факторы, которые можно объединить в одно понятие «качество жизни» как  наиболее ёмко и полно выражающее характер взаимодействия человека с биологическими факторами среды, социальными и экономическими условиями.

3. Лучевая болезнь.

Под влиянием ионизирующих излучений у человека возникает лучевая болезнь. Различают  четыре степени ее:

• I (лёгкая) (100–200 рад). Начальный период (первичная реакция, как и при ОЛБ всех других степеней) характеризуется приступами тошноты. Появляются головная боль, рвота, общее недомогание, незначительное повышение температуры тела, в большинстве случаев – анорексия (отсутствие аппетита, вплоть до отвращения к пище), возможны инфекционные осложнения. Первичная реакция возникает через 15–20 мин после облучения. Её проявления постепенно исчезают через несколько часов или суток, а могут вообще отсутствовать. Затем наступает скрытый период, так называемый период мнимого благополучия, продолжительность которого обусловливается дозой облучения и общим состоянием  организма (до 20 суток). За это время эритроциты исчерпывают свой срок жизни, переставая подавать кислород клеткам организма. ОЛБ лёгкой степени излечима. Возможны негативные последствия – лейкоцитоз крови, покраснения кожи, снижение работоспособности у 25% поражённых через 1,5–2 часа облучения. Наблюдается высокое содержание гемоглобина в крови в течение 1  года с момента облучения. Сроки выздоровления – до трёх месяцев. Большое значение при этом имеют личностная установка и социальная мотивация пострадавшего, а также его рациональное трудоустройство;
• II (средняя) (200–400 рад). Короткие приступы тошноты, проходящие через 2–3 дня после облучения. Скрытый период – 10–15 суток (может отсутствовать), в течение которого лейкоциты,  вырабатываемые лимфатическими узлами, погибают и прекращают отторгать попадающую в организм инфекцию. Тромбоциты перестают свёртывать кровь. Всё это – результат того, что убитые радиацией костный мозг, лимфатические узлы и селезёнка не функционируют. Развиваются отёк кожи, пузыри. Такое состояние организма, получившее название «костномозговой синдром», приводит 20% поражённых к  смерти, которая наступает в результате поражения тканей кроветворных органов. Лечение заключается в изоляции больных от внешней среды, введении антибиотиков и переливании крови. Молодые и пожилые мужчины более подвержены заболеванию ОЛБ средней степени, нежели мужчины среднего возраста и женщины. Потеря трудоспособности наступает у 80% поражённых через 0,5–1 час после облучения и после выздоровления долгое время остаётся сниженной. Возможно развитие катаракты глаз и местных дефектов конечностей;
• III (тяжёлая) (400–600 рад).  Симптомы, характерные для кишечно-желудочного расстройства: слабость, сонливость, потеря аппетита, тошнота, рвота, длительный понос. Скрытый период  может длиться 1–5 суток. Через несколько дней возникают признаки обезвоживания организма: потеря массы тела, истощение и полное обессиливание. Эти явления – результат отмирания ворсинок стенок кишечника, всасывающих питательные вещества из поступающей пищи. Их клетки под воздействием радиации  стерилизуются и теряют способность делиться. Возникают очаги прободения стенок желудка, и бактерии поступают из кишечника в кровоток. Появляются первичные радиационные язвы, гнойная инфекция от радиационных ожогов. Потеря трудоспособности через 0,5–1 час после облучения наблюдается у 100%. У 70% пострадавших смерть наступает через месяц от обезвоживания организма и отравления желудка (желудочно-кишечный синдром), а также от радиационных ожогов при гамма-облучении;
• IV (крайне тяжёлая) (более 600 рад). В первые минуты после облучения возникают сильная тошнота и рвота. Понос 4–6 раз, в первые 24 часа – нарушение сознания, отёк кожи, сильные головные боли. Данные симптомы сопровождаются дезориентацией, потерей координации движений, затруднением глотания, расстройством стула, судорожными припадками и в конечном итоге наступает смерть. Непосредственная причина смерти – увеличение количества жидкости в головном мозге вследствие её выхода из мелких сосудов, что приводит к повышению внутричерепного давления. Такое состояние получило название «синдром нарушения центральной нервной системы».

   У людей, перенесших лучевую болезнь, повышается вероятность развития злокачественных  опухолей и заболеваний кроветворных органов. Лучевая  болезнь в острой (тяжелой) форме развивается в результате облучения организма большими дозами ионизирующих излучений за короткий промежуток времени. Опасно  воздействие на организм человека и малых доз радиации, так как при этом могут произойти нарушение наследственной информации человеческого организма,  возникнуть мутации.

Нижний  уровень развития легкой формы лучевой  болезни возникает при эквивалентной  дозе облучения  приблизительно 1 Зв, тяжелая форма лучевой болезни, при которой погибает половина всех облученных, наступает при эквивалентной дозе облучения 4,5 Зв. 100%-ный смертельный исход лучевой болезни соответствует эквивалентной дозе облучения 5,5–7,0 Зв.

Необходимо  отметить, что поглощённая доза, вызывающая поражение отдельных частей организма и смерть, превышает смертельную дозу для всего тела. Смертельные дозы для отдельных частей тела следующие: голова – 2000 рад, нижняя часть живота – 3000 рад,  верхняя часть живота – 5000 рад, грудная клетка – 10000 рад, конечности – 20000 рад. Достигнутый на сегодня уровень эффектности лечения ОЛБ считается предельным. Он основан на пассивной стратегии – надежде на самостоятельное выздоровление клеток в радиочувствительных тканях (главным образом костном мозге и лимфатических узлах). Поддерживают другие системы организма: переливают тромбоциты для предотвращения кровоизлияния, эритроциты – для предупреждения кислородного голодания. После этого остаётся только ждать, когда заработают все системы клеточного обновления и ликвидируют гибельные последствия радиационного облучения. Исход болезни определяется к концу 2–3 месяца. При этом могут наступить: полное клиническое выздоровление  пострадавшего; выздоровление, при котором его трудоспособность в той или иной мере будет ограниченной; неблагоприятный исход с прогрессированием заболевания или развитием осложнений, приводящих к смерти. Пересадке здорового костного мозга мешает иммунологический конфликт, который в облучённом организме особенно опасен, так как истощает и без того подорванные силы иммунитета. Российские учёные-радиологи предлагают новый путь лечения больных лучевой болезнью. Если забрать у облучённого часть костного мозга, то в кроветворной системе после этого вмешательства начинаются процессы более раннего восстановления, чем при естественном развитии событий. Извлечённую часть костного мозга помещают в искусственные условия, а затем через определённый срок возвращают в тот же организм. Иммунологического конфликта (отторжения) не происходит. В настоящее время учёными проводятся работы, и получены первые результаты по применению  фармацевтических радиопротекторов, позволяющих человеку переносить дозы облучения, превышающие летальную примерно вдвое. Это – цистеин и др. вещества, содержащие сульфидные гранулы (SH)  на конце длинной молекулы. Эти вещества, словно «мусорщики», убирают образующиеся свободные радикалы, которые во многом ответственны за усиление  окислительных процессов в организме. Однако крупным недостатком указанных протекторов является необходимость введения его в организм внутривенно, так  как сульфидная гранула, добавляемая в них для  уменьшения токсичности, разрушается в кислой среде желудка и протектор теряет защитные свойства.

4. Предельно допустимые и безопасные дозы ионизирующего  облучения.

      Предельно допустимая доза – это наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за год, которая при равномерном воздействии в течение 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами. Каждый житель Земли (категория В) на протяжении всей своей жизни ежегодно облучается дозой в среднем 250-400 мбэр. Полученная доза  складывается из природных и искусственных источников ионизирующего излучения.

Таблица 1 Ионизирующее облучение человека в природных условиях за год (усредненные данные, мбэр)

Таблица 2. Предельно допустимые дозы облучения за год, бэр

1 Лица, постоянно  работающие с источниками ионизированного  излучения

2 Лица, по условиям  проживания или размещения  рабочих  мест могущие подвергаться воздействию  ионизирующих излучений

3 Все остальное  население

      Человек постоянно подвергается воздействию  ионизирующей радиации космических  лучей, радиоактивных веществ, содержащихся в почве, воздухе, стенах жилища, окружающих предметов и др. Суммарная доза этого облучения за год составляет 0,001 – 0,0015 Гр. По данным специалистов, облучение дозой 0,05 Гр за 30 лет жизни не представляет опасности для населения. Для лиц, подвергающихся облучению в связи с характером профессии, доза облучения не должна превышать 0,05 Гр в год.

4. Меры  защиты от ионизирующих излучений

В зависимости  от типа ионизирующего излучения  могут быть разные меры защиты: уменьшение времени облучения, увеличение расстояния до источников ионизирующего излучения, ограждение источников ионизирующего  излучения, герметизация источников ионизирующего  излучения, оборудование и устройство защитных средств, организация дозиметрического контроля, меры гигиены и санитарии. Ниже приведены рекомендации общего характера по защите от ионизирующего излучения разного типа. От альфа-лучей можно защититься путём:

• увеличения расстояния до ИИИ, т.к. альфа-частицы имеют небольшой пробег;
• использование спецодежды и, т.к. проникающая  способность альфа-частиц невысока;
• исключение попадания источников альфа-частиц с пищей, водой, воздухом и через слизистые оболочки, т.е. применение противогазов, масок, очков и т.п.

В качестве защиты от бета-излучения используют:

• ограничители (экраны), с учётом того, что лист алюминия толщиной несколько миллиметров полностью поглощает поток бета-частиц; исключить попадание источников бета-излучения внутрь организма.

   Защиту  от рентгеновского излучения и гамма-излучения  необходимо организовывать с учётом того, что эти  виды излучения  отличаются большой проникающей  способностью. Наиболее эффективны следующие  мероприятия (как правило, используемые в комплексе):

• увеличение  расстояния до источника излучения;
• сокращение времени пребывания в опасной зоне;
• экранирование источника излучения материалами с большой плотностью (свинец, железо, бетон и др.);
• использование защитных сооружений (противорадиационных укрытий, подвалов и т.п.) для населения;
• использование индивидуальных средств защиты органов дыхания, кожных покровов и слизистых  оболочек;
• дозиметрический контроль внешней среды и продуктов питания.