Радиационное воздействие на здоровье человека

     Экспозиционная  доза не учитывает энергию ионизирующих излучений, которая поглощается облучаемым объектом. Для определения эффекта воздействия ионизирующих излучений в веществе введено понятие поглощенная доза (D) – фундаментальная дозиметрическая величина, определяемая в виде:   

D = de / dm,

где de – средняя энергия, передаваемая ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме; dm – масса вещества в элементарном объеме.

     В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм (Дж/кг), и имеет специальное название – грей (Гр).

     Внесистемной  единицей измерения поглощенной  дозы является рад. Единица рад (rad – radiation absorbed dose) – это такая доза, при которой в одном грамме массы облучаемого вещества поглощается энергия любого вида излучения равная 100 эрг.

     Поскольку, при одной и той же дозе энергии g-квантов и частиц в одном грамме разной по составу биологической  ткани поглощается различное  количество энергии, поглощенную дозу в таких случаях находят расчетным  путем:   

D = Х*f,

где D – поглощенная доза; Х – экспозиционная доза Р в той же точке; f – переходный коэффициент.

     Если  в воздухе доза излучения 1 Р эквивалентна 88 эрг/г, то поглощенная энергия для  этой среды составит 88 /100 = 0,88 рад. Таким  образом, для воздуха поглощенная  доза равная 0,88 рад соответствует экспозиционной дозе в 1 Р.

     Переходный  коэффициент f обычно определяют опытным путем на фантоме. Для воды и мягких тканей коэффициент f округленно принят за единицу (фактически он составляет 0,93). Следовательно, поглощенная доза в радах численно равна соответствующей экспозиционной дозе в рентгенах. Для костной ткани коэффициент f изменяется от 2 до 5.

     Биологическое действие одних и тех же доз  различного вида излучений не одинаково. Это связано с удельной ионизацией излучения. Чем выше удельная ионизация, тем больше коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ) или взвешивающий коэффициент (WR). Этот коэффициент показывает во сколько раз эффективность биологического действия данного вида излучения выше рентгеновского или g-излучения при одинаковой поглощенной дозе в тканях.

     Для оценки биологического действия излучения  введено понятие эквивалентной  дозы – это поглощенная доза в  органе или ткани, умноженная на соответствующий  взвешивающий коэффициент для данного  излучения WR:

HTR = WR*DTR,

где DTR – средняя поглощенная доза в органе или ткани Т, а WR – взвешивающий коэффициент для излучения R.

     Единицей  измерения эквивалентной дозы является Дж/кг, имеющий специальное название – зиверт (Зв). Внесистемной единицей измерения эквивалентной дозы является биологический эквивалент рада – бэр.   

4.Действие  ионизирующего излучения  на организм человека

     В результате воздействия ионизирующего  излучения на организм человека в  тканях могут происходить сложные  физические, химические и биологические процессы.

     Первичным физическим актом взаимодействия ионизирующего излучения с биологическим объектом является ионизация. Именно через ионизацию происходит передача энергии объекту.

     Известно, что в биологической ткани 60-70 % по массе составляет вода. В результате ионизации молекулы воды образуют свободные радикалы Н- и ОН-

     В присутствии кислорода образуется также свободный радикал гидроперекиси (H2O-) и перекись водорода (H2O), являющиеся сильными окислителями..

     Получающиеся  в процессе радиолиза воды свободные радикалы и окислители, обладая высокой химической активностью, вступают в химические реакции с молекулами белков, ферментов и других структурных элементов биологической ткани, что приводит к изменению биологических процессов в организме. В результате нарушаются обменные процессы, подавляется активность ферментных систем, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму - токсины. Это приводит к нарушениям жизнедеятельности отдельных функций или систем организма в целом. В зависимости от величины поглощенной дозы и индивидуальных особенностей организма, вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми.

     Некоторые радиоактивные вещества накапливаются в отдельных внутренних органах. Например, источники альфа - излучения (радий, уран, плутоний), бета - излучения (стронций и иттрий) и гамма-излучения (цирконий) отлагаются в костных тканях. Все эти вещества трудно выводятся из организма.  
 

Особенности воздействия ионизирующего  излучения при действии на живой организм

     При изучении действия излучения на организм были определены следующие особенности:

- высокая эффективность  поглощенной энергии. Малые количества  поглощенной энергии излучения  могут вызвать глубокие биологические  изменения в организме;

• наличие скрытого, или инкубационного, проявления действия ионизирующего излучения. Этот период часто называют периодом мнимого благополучия. Продолжительность его сокращается при облучении большими дозами;
• - действие от малых доз может суммироваться или накапливаться. Этот эффект называется кумуляцией;
• - излучение воздействует не только на данный живой организм, но и на его потомство. Это так называемый генетический эффект;
• - различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению. При ежедневном воздействии дозы 0.02-0.05 Р уже наступают изменения в крови;
• - не каждый организм в целом одинаково реагирует на облучение.
• - облучение зависит от частоты. Одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фракционирование.

   В результате воздействия ионизирующего излучения  на организм человека в тканях могут  происходить сложные физические, химические и биологические процессы.

   Известно, что две трети общего состава  ткани человека составляют вода и углерод. Вода под воздействием ионизирующего излучения расщепляется на Н и ОН, которые либо непосредственно, либо через цепь вторичных превращений образуют продукты с высокой химической активностью: гидратный окисел НО2 и перекись водорода Н2О2. Эти соединения взаимодействуют с молекулами органического вещества ткани, окисляя и разрушая ее.

   В результате воздействия ионизирующего излучения  нарушается нормальное течение биохимических  процессов и обмен в организме.

   Поглощенная доза излучения, вызывающая поражение отдельных частей тела, а затем смерть, превышает смертельную поглощенную дозу облучения всего тела. Смертельные поглощенные дозы для всего тела следующие: голова - 2 000 рад, нижняя часть живота - 5 000 рад, грудная клетка - 10 000 рад, конечности - 20 000 рад.

   Степень чувствительности различных тканей к облучению неодинакова. Если рассматривать ткани органов в порядке уменьшения их чувствительности к действию излучения, то получим следующую последовательность: лимфатическая ткань, лимфатические узлы, селезенка, зобная железа, костный мозг, зародышевые клетки.

   Большая чувствительность кроветворных органов к радиации лежит в основе определения характера лучевой болезни. При однократном облучении всего тела человека поглощенной дозой 50 рад через день после облучения может резко сократиться число лимфоцитов, уменьшится также и количество эритроцитов (красных кровяных телец) по истечению двух недель после облучения. У здорового человека насчитывается порядка 1014 красных кровяных телец при ежедневном воспроизводстве 1012, а у больного такое соотношение нарушается.

   Важным  фактором при воздействии ионизирующего излучения на организм является время облучения. С увеличением мощности дозы поражающее действие излучения возрастает. Чем более дробно излучение по времени, тем меньше его поражающее действие.

   Биологическая эффективность каждого вида ионизирующего излучения находится в зависимости от удельной ионизации. Так, например, a - частицы с энергией 3 мэв образуют 40 000 пар ионов на одном миллиметре пути, b - частицы с такой же энергией - до четырех пар ионов. Альфа- частицы проникают через верхний покров кожи до глубины до 40 мм, бета- частицы - до 0.13 см.

   Наружное  облучение a, b - излучениями менее опасно, т. к. a и b- частицы имеют небольшую величину пробега в ткани и не достигают кроветворных и других органов.

   Степень поражения организма зависит от размера облучаемой поверхности. С уменьшением облучаемой поверхности уменьшается и биологический эффект. Так при облучении фотонами поглощенной дозой 450 рад участка тела площадью 6 см2 заметного поражения организма не наблюдалось, а при облучении такой же дозой всего тела было 50% смертельных случаев.

   Индивидуальные  особенности организма человека проявляются лишь при небольших поглощенных дозах.

   Чем моложе человек, тем выше его чувствительность к облучению, особенно высока она у детей. Взрослый человек в возрасте 25 лет и старше наиболее устойчив к облучению.

   Есть  ряд профессий, где существует большая  вероятность облучения. При некоторых  чрезвычайных обстоятельствах (например, взрыв на АЭС) облучению может подвергнуться население, живущее на определенных территориях. Не известны вещества, способные полностью защитить, но есть частично защищающие организм от излучения. К ним относятся, например, азид и цианид натрия, вещества, содержащие сульфогидридные группы и т.д. Они входят в состав радиопротекторов.

   Радиопротекторы частично предотвращают возникновение химически активных радикалов, которые образуются под воздействием излучения. Механизмы действия радиопротекторов различны. Одни из них вступают в химическую реакцию с попадающими в организм радиоактивными изотопами и нейтрализуют их, образуя нейтральные вещества, легко выводимые из организма. Другие имеют отличный механизм. Одни радиопротекторы действуют в течение короткого промежутка времени, время действия других более длительное. Существует несколько разновидностей радиопротекторов: таблетки, порошки и растворы.

   При попадании  радиоактивных веществ внутрь организма  поражающее действие оказывают в  основном a - источники, а затем b - и g - источники, т.е. в обратной наружному облучению последовательности. Альфа- частицы, имеющие плотность ионизации, разрушают слизистую оболочку, которая является слабой защитой внутренних органов по сравнению с наружным покровом.

   Попадание твердых частиц в дыхательные  органы зависит от степени дискретности частиц. Частицы размером меньше 0.1 мкм при входе вместе с воздухом попадают в легкие, а при выходе удаляются. В легких остается только небольшая часть. Крупные частицы  размером больше 5 мкм почти все задерживаются носовой полостью.

   Степень опасности зависит также от скорости выведения вещества из организма. Если радионуклиды, попавшие внутрь организма однотипны с элементами, которые потребляются человеком, то они не задерживаются на длительное время в организме, а выделяются вместе с ними (натрий, хлор, калий и другие).

   Инертные  радиоактивные газы (аргон, ксенон, криптон и другие) не являются входящими  в состав ткани. Поэтому они со временем полностью удаляются из организма.

   Некоторые радиоактивные вещества, попадая  в организм, распределяются в нем  более или мене равномерно, другие концентрируются в отдельных  внутренних органах. Так в костных  тканях отлагаются такие источники  a - излучений, как радий, уран и плутоний. Стронций и иттрий, которые являются источниками b - излучения, и цирконий - источник g - излучения тоже отлагаются в костных тканях. Эти элементы, химически связанные с костной тканью, очень трудно выводятся из организма.

   Продолжительное время удерживаются в организме также элементы с большим атомным номером (полоний, уран и др.). Элементы, образующие в организме легкорастворимые соли и накапливаемые в мягких тканях, легко удаляются из организма.