Воздействие радиации на организм

.

Если зависимость мощности дозы от времени в интервале t₁ - t₂ известна, то коллективную дозу можно найти, проинтегрировав величину Р_s (t):

Действие конкретного источника за весь период его существования характеризует парциальная (коллективная) доза:

,

где Р_s,k (t) – парциальная коллективная мощность дозы в момент t.

При наличии нескольких источников общая коллективная доза равна сумме парциальных доз. Накопление парциальной дозы происходит за всё время действия источника, поэтому изучение её временного поведения позволяет прогнозировать дальнейшее развитие радиационных условий, связанных с излучением этого источника.

Если коллективная доза определяется на основании информации о распределении облучаемых людей по индивидуальным дозам, полученным от какого – либо источника, то можно представить величину D_s с учётом для всех лиц (N) значений доз от 0 до D_max в форме:

.

Упрощённый вариант этой формулы в дискретной форме, широко используемый на практике, имеет вид:

где D_i - среднее значение индивидуальной дозы для i – го дозового интервала; N (D_i) – число людей, получивших дозу, приходящуюся на i – й интервал; n – полное число интервалов, на которые приходятся все значения индивидуальных доз (табл.3).

Таблица 3.

Единицы СИ и внесистемные единицы измерения радиоактивности

Единица СИ	определение		Внесистемная единица
Беккерель (Бк, Bq)	единица активности нуклида в радиоактивном источнике	Один беккерель соответствует одному распаду в секунду для любого радионуклида	Кюри (Ки,Cu)	Единица активности изотопа: 1 Ки = 3,700×10^16 Бк
Грей (Гр,Gy)	Единица поглощённой дозы; представляет собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощённой единицей массы физического тела (например, тканями организма)	1 Гр = 1 Дж/кг	Рад (рад,rad)	Единица поглощённой дозы излучения: 1 рад = 0,01Гр
Зиверт (Зв,Sv)	Единица эквивалентной дозы; представляет собой единицу поглощённой дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую радиационную опасность для организма разных видов ионизирующего излучения.	1 Зв соответствует поглощённой дозе в 1 Дж/кг для рентгеновского, g- и β-излучений	Бэр (бэр,rem) – биологический эквивалент рентгена	Единица эквивалентной дозы: 1 бэр = 0,01 Зв

Экспозиционная доза характеризует меру ионизационного действия рентгеновского и g - излучения. Она определяется по степени ионизации воздуха при электронном равновесии – условии равенства между энергией излучения, поглощённой в некотором объёме вещества и суммарной кинетической энергией вторичных частиц - электронов и позитронов, образованных в том же объёме вещества под действием первичного излучения. Для определения экспозиционной дозы измеряется общий электрический заряд, возникающий в воздухе во время облучения.

Если при облучении в объёме воздуха V образуется N пар ионов (равное числу ионов одного знака), тогда

где W – средняя энергия, затрачиваемая на образование одной пары ионов в воздухе, равная 34 эВ; m_V - масса объёма воздуха V. Единицей экспозиционной дозы в СИ является один кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемной единицей - служит рентген (R)/ Один рентген – доза, при которой 1 см³ воздуха при температуре 0 ^оС и давлении 760 мм рт.ст. образуется 2,08×10⁹ пар ионов. 1 R = 2,56×10^-4 Кл/кг = 88 эрг/г» 1 рад. Эта внесистемная единица и её доли (миллирентген – mR, равный 10-3 R; микрорентген – мкR, 10-6 R и др.) широко используются на практике. За основной процесс при радиоактивности принят один распад, сопровождающийся испусканием α- или β – частиц, нейтронов и g - излучения. Если в 1 с происходит 1 распад, подобную интенсивность (активность) распада принято оценивать в 1 беккерель (Бк). Внесисистемные единицы связаны соотношениями: 10⁶ Бк = 1 Рд (резерфорд); 3,7×10¹⁰ Бк = 1 Ки (кюри).

Воздействие радиации на организм может быть различным. В малых дозах радиационное излучение может стать катализатором процессов, приводящих к раку или генетическим нарушениям, а в больших дозах часто приводит к полной или частичной гибели организма вследствие разрушения клеток тканей.

Вследствие различной проникающей способности разных видов радиоактивных излучений они оказывают неодинаковое воздействие на организм: a-частицы наиболее опасны, однако для a-излучения даже лист бумаги является непреодолимой преградой; b-излучение способно проходить в ткани организма на глубину один-два сантиметра; наиболее безобидное g-излучение характеризуется наибольшей проникающей способностью: его может задержать лишь толстая плита из материалов, имеющих высокий коэффициент поглощения, например, из бетона или свинца.

Чувствительность отдельных органов к радиоактивному излучению различна. Чтобы получить наиболее достоверную информацию о степени риска, необходимо учитывать соответствующие коэффициенты чувствительности тканей при расчете эквивалентной дозы облучения:

0,03 – костная ткань

0,03 – щитовидная железа

0,12 – красный костный мозг

0,12 – легкие

0,15 – молочная железа

0,25 – яичники или семенники

0,30 – другие ткани

1,00 – организм в целом.

Вероятность повреждения тканей зависит от суммарной дозы и от величины дозировки, так как благодаря репарационным способностям большинство органов имеют возможность восстановиться после серии мелких доз. В таблице 4 приведены крайние значения допустимых доз радиации:

Таблица 4.

Орган	Допустимая доза
Красный костный мозг	0,5-1 Гр.
Хрусталик глаза	0,1-3 Гр.
Почки	23 Гр.
Печень	40 Гр.
Мочевой пузырь	55 Гр.
Зрелая хрящевая ткань	>70 Гр.
Примечание: Допустимая доза - суммарная доза, получаемая человеком в течение 5 недель

Существуют дозы, при которых летальный исход практически неизбежен. Так, например, дозы порядка 100 грей приводят к смерти через несколько дней или даже часов вследствие повреждения центральной нервной системы, от кровоизлияния в результате дозы облучения в 10-50 грей смерть наступает через одну-две недели, а доза в 3-5 грамм грозит обернуться летальным исходом примерно половине облученных.

Знания конкретной реакции организма на те или иные дозы необходимы для оценки последствий действия больших доз облучения при авариях ядерных установок и устройств или опасности облучения при длительном нахождении в районах повышенного ра-

диационного излучения, как от естественных источников, так и в случае радиоактивного загрязнения.

Малые дозы радиации тоже не безвредны и их влияние на организм и здоровье будущих поколений до конца не изучено. Радиация может вызвать, прежде всего, генные и хромосомные мутации, что в последствии может привести к проявлению рецессивных мутаций.

Установлено, что вероятность заболевания раком возрастает прямо пропорционально дозе облучения.

Существует три пути поступления радиоактивных веществ в организм: при вдыхание воздуха, загрязненного радиоактивными веществами, через зараженную пищу или воду, через кожу, а также при заражении открытых ран. Наиболее опасен первый путь, поскольку:

· объем легочной вентиляции очень большой

· значения коэффициента усвоения в легких более высоки.

Пылевые частицы, на которых сорбированы радиоактивные изотопы, при вдыхании воздуха через верхние дыхательные пути частично оседают в полости рта и носоглотке. Отсюда пыль поступает в пищеварительный тракт. Остальные частицы поступают в легкие. Степень задержки аэрозолей в легких зависит от дисперсионности. В легких задерживается около 20% всех частиц; при уменьшении размеров аэрозолей величина задержки увеличивается до 70%.

При всасывании радиоактивных веществ из желудочно-кишечного тракта имеет значение коэффициент резорбции, характеризующий долю вещества, попадающего из желудочно-кишечного тракта в кровь. В зависимости от природы изотопа коэффициент изменяется в широких пределах: от сотых долей процента (для циркония, ниобия), до нескольких десятков процентов (водород, щелочноземельные элементы). Резорбция через неповрежденную кожу в 200-300 раз меньше, чем через желудочно-кишечный тракт, и, как правило, не играет существенной роли.

При попадании радиоактивных веществ в организм любым путем они уже через несколько минут обнаруживаются в крови. Если поступление радиоактивных веществ было однократным, то концентрация их в крови вначале возрастает до максимума, а затем в течение 15-20 суток снижается.

Концентрации в крови долгоживущих изотопов в дальнейшем могут удерживаться практически на одном уровне в течение длительного времени вследствие обратного вымывания отложившихся веществ.

Основные этапы воздействия излучения на ткани показаны далее:

	Заряженные частицы. Проникающие в ткани организма a- и b-частицы теряют энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами тех атомов, близ которых они проходят (Гамма-излучение и рентгеновские лучи передают свою энергию веществу несколькими способами, которые, в конечном счете, также приводят к электрическим взаимодействиям.)
	Электрические взаимодействия. За время порядка десяти триллионных секунды после того, как проникающее излучение достигнет соответствующего атома в ткани организма, от этого атома отрывается электрон. Последний заряжен отрицательно, поэтому остальная часть исходного нейтрального атома становится положительно заряженной. Этот процесс называется ионизацией. Оторвавшийся электрон может далее ионизировать другие атомы.
	Физико-химические изменения. И свободный электрон, и ионизированный атом обычно не могут долго пребывать в таком состоянии и в течение следующих десяти миллиардных долей секунды участвуют в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, включая и такие чрезвычайно реакционно-способные, как «свободные радикалы».
	Химические изменения. В течение следующих миллионных долей секунды образовавшиеся свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с другими молекулами и через цепочку реакций, еще не изученных до конца, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.
	Биологические эффекты. Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток, или такие изменения в них могут привести к раку.

Конечный эффект облучения является результатом не только первичного повреждения клеток, но и последующих процессов восстановления. Предполагается, что значительная часть первичных повреждений в клетке возникает в виде так называемых потенциальных повреждений, которые могут реализовываться в случае отсутствия восстановительных процессов. Реализация этих процессов способствуют процессы биосинтеза белков и нуклеиновых кислот. Пока реализация потенциальных повреждений не произошла, клетка может в них "восстановиться". Это, как предполагается, связано с ферментативными реакциями и обусловлено энергетическим обменом. Считается, что в основе этого явления лежит деятельность систем, которые в обычных условиях регулируют интенсивность естественного мутационного процесса.

Мутагенное воздействие ионизирующего излучения впервые установили русские ученые Р.А. Надсон и Р.С. Филиппов в 1925 году в опытах на дрожжах. В 1927 году это открытие было подтверждено Р. Меллером на классическом генетическом объекте - дрозофиле.

Дата добавления: 2015-07-02