Воздействие радиации на человека и окружающую среду

Министерство Сельского Хозяйства и Продовольствия Республики Беларусь Учреждение Образования

Гродненский Государственный Аграрный Университет

Реферат

" Воздействие радиации на человека и окружающую среду"

План

• Что такое радиоактивность
• Естественная и техногенная радиоактивность
• Воздействие радиации на живые организмы
• Воздействие радиоактивных выбросов на организм человека
• Радиационная генетика
• Пересмотр догм
• Уроки Чернобыля
• Радиация в медицине
• Атомная бомба для раковых клеток
• Клетки снабдят защитой от радиации
• Страх и здоровье
• Радиационный гормезис
• Используемая литература

Что такое радиоактивность

Радиоактивность — неустойчивость ядер некоторых атомов, проявляющаяся в их способности к самопроизвольным превращениям (распаду), сопровождающимся испусканием ионизирующего излучения или радиацией. Радиация, или ионизирующее излучение — это частицы и гамма-кванты, энергия которых достаточно велика, чтобы при воздействии на вещество создавать ионы. Организм человека реагирует на радиацию, а не на ее источник. Те источники радиации, которыми являются радиоактивные вещества, могут проникать в организм с пищей и водой (через кишечник), через легкие (при дыхании) и, в незначительной степени, через кожу, а также при медицинской радиоизотопной диагностике. В этом случае говорят о внутреннем обучении. Кроме того, человек может подвергнуться внешнему облучению от источника радиации, который находится вне его тела. Ликвидаторы аварии на ЧАЭС в основном были подвергнуты внешнему облучению. Радиацию нельзя вызвать с помощью химических реакций. Радиацию создают радиоактивные вещества или специально сконструированное оборудование. Сама же радиация, воздействуя на организм, не образует в нем радиоактивных веществ, и не превращает его в новый источник радиации. Таким образом, человек не становится радиоактивным после рентгеновского или флюорографического обследования. Кстати, и рентгеновский снимок (пленка) также не несет в себе радиоактивности. Исключением является ситуация, при которой в организм намеренно вводятся радиоактивные препараты (например, при радиоизотопном обследовании щитовидной железы), и человек на небольшое время становится источником радиации. Однако препараты такого рода специально выбираются так, чтобы быстро терять свою радиоактивность за счет распада, и интенсивность радиации быстро спадает. Конечно, можно «испачкать» тело или одежду радиоактивной жидкостью, порошком или пылью. Тогда некоторая часть такой радиоактивной «грязи» — вместе с обычной грязью — может быть передана при контакте другому человеку. В отличие от болезни, которая, передаваясь от человека к человеку, воспроизводит свою вредоносную силу (и даже может привести к эпидемии), передача радиоактивной «грязи» приводит к ее быстрому разбавлению до безопасных пределов.

Воздействие на человека тех или иных источников радиации поможет оценить следующая диаграмма.

Человеческие органы чувств не способны обнаружить радиацию и различить, является ли материал радиоактивным или нет. Однако существуют приборы, которые в состоянии обнаружить и измерить радиацию точно и надежно. Ионизирующее излучение измеряется в международных единицах, Грей и Зиверт. Количество радиации, или «доза облучения», полученная человеком, определяется количеством энергии, поглощенной тканью тела, и выражается в Греях. Однако равная экспозиция различных типов радиации необязательно производит равные биологические эффекты. Один Грей альфа-излучения, например, будет давать больший эффект чем один Грей бета-излучения. Поэтому, когда мы говорим о биологическом воздействий ионизирующего излучения, мы выражаем радиацию в единицах, называемых Зивертами. Один Зиверт радиации оказывает одинаковый биологический эффект независимо от типа радиации. Меньшие количества выражены в «Милли Зивертах» (одна тысячная часть Зиверта) или «микро Зивертах» (одна миллионная часть Зиверта). Заряженные частицы очень сильно взаимодействуют с веществом, поэтому, с одной стороны, даже одна альфа-частица при попадании в живой организм может уничтожить или повредить очень много клеток, но, с другой стороны, по той же причине, достаточной защитой от альфа — и бета-излучения является любой, даже очень тонкий слой твердого или жидкого вещества — например, обычная одежда (если, конечно, источник излучения находится снаружи). Следует различать радиоактивность и радиацию. Источники радиации — радиоактивные вещества или ядерно-технические установки (реакторы, ускорители, рентгеновское оборудование и т. п.) — могут существовать значительное время, а радиация существует лишь до момента своего поглощения в каком-либо веществе. ЧВ таблице Менделеева более 100 химических элементов. Почти каждый из них представлен смесью стабильных и радиоактивных атомов, которые называют изотопами данного элемента. Известно около 2000 изотопов, из которых около 300 — стабильные. Например, у первого элемента таблицы Менделеева — водорода — существуют следующие изотопы: — водород Н-1 (стабильный), — дейтерий Н-2 (стабильный), — тритий Н-3 (радиоактивный, период полураспада 12 лет). Радиоактивные изотопы обычно называют радионуклидами. Для измерения активности радионуклидов в радиоактивном источнике используется единица Беккерель (Бк), она соответствует одному распаду в секунду. Число радиоактивных ядер одного типа постоянно уменьшается во времени благодаря их распаду. Скорость распада принято характеризовать периодом полураспада: это время, за которое число радиоактивных ядер определенного типа уменьшится в 2 раза. Для радионуклида с периодом полураспада 1 час это означает, что через 1 час его количество станет меньше первоначального в 2 раза, через 2 часа — в 4, через 3 часа — в 8 раз и т. д., но полностью не исчезнет никогда. В такой же пропорции будет, уменьшается и радиация, излучаемая этим веществом. Поэтому можно прогнозировать радиационную обстановку на будущее, если знать, какие и в каком количестве радиоактивные вещества создают радиацию в данном месте в данный момент времени. У каждого радионуклида — свой период полураспада, он может составлять как доли секунды, так и миллиарды лет. Важно, что период полураспада данного радионуклида постоянен, и изменить его невозможно. Образующиеся при радиоактивном распаде ядра, в свою очередь, также могут быть радиоактивными. Так, например, радиоактивный радон-222 обязан своим происхождением радиоактивному урану-238. Иногда встречаются утверждения, что радиоактивные отходы в хранилищах полностью распадутся за 300 лет. Это не так. Просто это время составит примерно 10 периодов полураспада цезия-137, одного из самых распространенных техногенных радионуклидов, и за 300 лет его радиоактивность в отходах снизится почти в 1000 раз, но, к сожалению, не исчезнет.

Естественная и техногенная радиоактивность

Естественная радиоактивность существует миллиарды лет, она присутствует буквально повсюду. Ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее рождения. Любой человек слегка радиоактивен: в тканях человеческого тела одним из главных источников природной радиации являются калий-40 и рубидий-87. Учтем, что современный человек до 80% времени проводит в помещениях — дома или на работе, где и получает основную дозу радиации: хотя здания защищают от излучений извне, в стройматериалах из которых они построены, содержится природная радиоактивность. Существенный вклад в облучение человека вносит радон и продукты его распада. Основным источником этого радиоактивного инертного газа является земная кора. Проникая через трещины и щели в фундаменте, полу и стенах, радон задерживается в помещениях. Другой источник радона в помещении — это сами строительные материалы (бетон, кирпич и т. д.), содержащие естественные радионуклиды, которые являются источником радона. Радон может поступать в дома также с водой (особенно если она подается из артезианских скважин), при сжигании природного газа и т. д. Радон в 7,5 раз тяжелее воздуха. Как следствие, концентрация радона в верхних этажах многоэтажных домов обычно ниже, чем на первом этаже. Основную часть дозы облучения от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении; регулярное проветривание может снизить концентрацию радона в несколько раз. При длительном поступлении радона и его продуктов в организм человека многократно возрастает риск возникновения рака легких. Сравнить мощность излучения различных источников радона поможет следующая диаграмма.

Техногенная радиоактивность возникает вследствие человеческой деятельности. Осознанная хозяйственная деятельность, в процессе которой происходит перераспределение и концентрирование естественных радионуклидов, приводит к заметным изменениям естественного радиационного фона. Сюда относится добыча и сжигание каменного угля, нефти, газа, других горючих ископаемых, использование фосфатных удобрений, добыча и переработка руд. Такой вид транспорта, как гражданская авиация, подвергает своих пассажиров повышенному воздействию космического излучения. И, конечно, свой вклад дают испытания ядерного оружия, предприятия атомной энергетики и промышленности. Безусловно, возможно и случайное (неконтролируемое) распространение радиоактивных источников: аварии, потери, хищения, распыление и т. п. Такие ситуации, к счастью, очень редки. На Земле существуют населенные области с повышенным радиационным фоном. Это, например, высокогорные города Богота, Лхаса, Кито, где уровень космического излучения примерно в 5 раз выше, чем на уровне моря. Это также песчаные зоны с большой концентрацией минералов, содержащих фосфаты с примесью урана и тория — в Индии (штат Керала) и Бразилии (штат Эспириту-Санту). Хотя в некоторых из этих районов мощность поглощенной дозы в 1000 раз превышает среднюю по поверхности Земли, обследование населения не выявило сдвигов в структуре заболеваемости и смертности. Кроме того, даже для конкретной местности не существует «нормального фона» как постоянной характеристики, его нельзя получить как результат небольшого числа измерений. В любом месте, даже для неосвоенных территорий, где «не ступала нога человека», радиационный фон изменяется от точки к точке, а также в каждой конкретной точке со временем. Эти колебания фона могут быть весьма значительными. В обжитых местах дополнительно накладываются факторы деятельности предприятий, работы транспорта и т. д. Например, на аэродромах, благодаря высококачественному бетонному покрытию с гранитным щебнем, фон, как правило, выше, чем на прилегающей местности. Опасность не следует преувеличивать. Измерения радиационного фона в городе Москве позволяют указать ТИПИЧНЫЕ значение фона на улице (открытой местности) — 8 — 12 мкР/час, в помещении — 15 — 20 мкР/час. В отношении радиоактивности существует очень много норм — нормируется буквально все. Во всех случаях проводится различие между населением и персоналом, т. е. лицами, чья работа связана с радиоактивностью (работники АЭС, ядерной промышленности и т. п.).

Вне своего производства персонал относится к населению. Для персонала и производственных помещений устанавливаются свои нормы, опираясь на Федеральный Закон «О радиационной безопасности населения» № 3-ФЗ от 05.12.96 и «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). Гигиенические нормативы СП 2.6.1.758−99». Основная задача радиационного контроля (измерений радиации или радиоактивности) состоит в определении соответствия радиационных параметров исследуемого объекта (мощность дозы в помещении, содержание радионуклидов в строительных материалах и т. д.) установленным нормам. Эффекты воздействия радиации на человека обычно делятся на две категории.

1) Соматические (телесные) — возникающие в организме человека, который подвергался облучению.

2) Генетические — связанные с повреждением генетического аппарата и проявляющиеся в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки человека, подвергшегося облучению.

радиация радиобиология радиоактивность чернобыль Различают пороговые (детерминированные) и стохастические эффекты. Первые возникают, когда число клеток, погибших в результате облучения, потерявших способность воспроизводства или нормального функционирования, достигает критического значения, при котором заметно нарушаются функции пораженных органов. Зависимость тяжести нарушения от величины дозы облучения показана в таблице.

Хроническое облучение слабее действует на живой организм по сравнению с однократным облучением в той же дозе, что связано с постоянно идущими процессами восстановления радиационных повреждений. Считается, что примерно 90% радиационных повреждений восстанавливается.

Стохастические (вероятностные) эффекты, такие как злокачественные новообразования, генетические нарушения, могут возникать при любых дозах облучения. С увеличением дозы повышается не тяжесть этих эффектов, а вероятность (риск) их появления. Для количественной оценки частоты возможных стохастических эффектов принята консервативная гипотеза о линейной беспороговой зависимости вероятности отдаленных последствийот дозы облучения с коэффициентом риска около 7 *10^-2 /Зв.

Радионуклиды накапливаются в органах неравномерно. В процессе обмена веществ в организме человека они замещают атомы стабильных элементов в различных структурах клеток, биологически активных соединениях, что приводит к высоким локальным дозам. При распаде радионуклида образуются изотопы химических элементов, принадлежащие соседним группам периодической системы, что может привести к разрыву химических связей и перестройке молекул. Эффект радиационного воздействия может проявиться совсем не в том месте, которое подвергалось облучению. Превышение дозы радиации может привести к угнетению иммунной системы организма и сделать его восприимчивым к различным заболеваниям. При облучении повышается также вероятность появления злокачественных опухолей.

В таблице приведены сведения о накоплении некоторых радиоактивных элементов в организме человека.

Организм при поступлении продуктов ядерного деления подвергается длительному, убывающему по интенсивности, облучению.

Наиболее интенсивно облучаются органы, через которые поступили радионуклиды в организм (органы дыхания и пищеварения), а также щитовидная железа и печень. Дозы, поглощенные в них, на 1−3 порядка выше, чем в других органах и тканях. По способности концентрировать всосавшиеся продукты деления основные органы можно расположить в следующий ряд: щитовидная железа > печень > скелет > мышцы.

Так, в щитовидной железе накапливается до 30% всосавшихся продуктов деления, преимущественно радиоизотопов йода.

По концентрации радионуклидов на втором месте после щитовидной железы находится печень. Доза облучения, полученная этим органом, преимущественно обусловлена радионуклидами ⁹⁹Мо, ¹³²Te,¹³¹I, ¹³²I, ¹⁴⁰Bа, ¹⁴⁰Lа.

Относящаяся к данному органу доля полной дозы, полученной всем телом человека.

Среди техногенных радионуклидов особого внимания заслуживают изотопы йода. Они обладают высокой химической активностью, способны интенсивно включаться в биологический круговорот и мигрировать по биологическим цепям, одним из звеньев которых может быть человек.

Основным начальным звеном многих пищевых цепей является загрязнение поверхности почвы и растений. Продукты питания животного происхождения — один из основных источников попадания радионуклидов к человеку.

Исследования, охватившие примерно 100 000 человек, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, показывают, что рак — наиболее серьезное последствие облучения человека при малых дозах. Первыми среди раковых заболеваний, поражающих население, стоят лейкозы Пути воздействия радиоактивных отходов АЗС на человека.

Относительная среднестатистическая вероятность заболевания раком после получения однократной дозы в 1 рад (0.01 Гр.) при равномерном облучении всего тела.

Распространенными видами рака под действием радиации являются рак молочной железы и рак щитовидной железы. Обе эти разновидности рака излечимы и оценки ООН показывают, что в случае рака щитовидной железы летальный исход наблюдается у одного человека из тысячи, облученных при индивидуальной поглощенной дозе один Грей.

Данные по генетическим последствиям облучения весьма неопределенны. Ионизирующее излучение может порождать жизнеспособные клетки, которые будут передавать то или иное изменение из поколения в поколение. Однако анализ этот затруднен, так как примерно 10% всех новорожденных имеют те или иные генетические дефекты и трудно выделить случаи, обусловленные действием радиации. Экспертные оценки показывают, что хроническое облучение при дозе 1 Грей, полученной в течение 30 лет, приводит к появлению около 2000 случаев генетических заболеваний на каждый миллион новорожденных среди детей тех, кто подвергался облучению.

В последние десятилетия процессы взаимодействия ионизирующих излучений с тканями человеческого организма были детально исследованы. В результате выработаны нормы радиационной безопасности, отражающие действительную роль ионизирующих излучений с точки зрения их вреда для здоровья человека. При этом необходимо помнить, что норматив всегда является результатом компромисса между риском и выгодой

Воздействие радиации на живые организмы

Считается, что радиация в любых дозах очень опасна. Ее влияние на живой организм может носить, как и позитивный характер: использование в медицине, так и негативный: лучевая болезнь. Любопытные результаты получили ученые, исследуя воздействие радиации на растения и животных. Результаты экспериментального облучения показывают, что наиболее чувствительны к действию радиации млекопитающие, за ними следуют птицы, рыбы, пресмыкающиеся и насекомые. Чувствительность растений к излучению варьируется в самых широких пределах, частично совпадая с показателями для животных. Менее всего чувствительны к высоким дозам радиации мхи, лишайники, водоросли и микроорганизмы, в частности бактерии и вирусы. Воздействие радиации на человека называют облучением. Основу этого воздействия составляет передача энергии радиации клеткам организма. Облучение может вызвать нарушения обмена веществ, инфекционные осложнения, лейкоз и злокачественные опухоли, лучевое бесплодие, лучевую катаракту, лучевой ожог, лучевую болезнь.

Воздействие радиоактивных выбросов на организм человека

Рассмотрим механизм воздействия радиации на организм человека: пути воздействия радиоактивных различных веществ на организм, их распространение в организме, депонирование, воздействие на различные органы и системы организма и последствия этого воздействия. Существует термин «входные ворота радиации», обозначающий пути попадания радиоактивных веществ и излучений изотопов в организм. Радиоактивные различные вещества по-разному проникают в организм человека. Это зависит от химических свойств радиоактивного элемента.

Пути проникновения радиации в организм человека

Радиоактивные изотопы могут проникать в организм вместе с пищей или водой. Через органы пищеварения они распространяются по всему организму.

Радиоактивные частицы из воздуха во время дыхания могут попасть в легкие. Но они облучают не только легкие, а также распространяются по организму.

Изотопы, находящиеся в земле или на ее поверхности способны облучить организм снаружи. Эти изотопы также переносятся атмосферными осадками.

Ионизирующее излучение — это только один из сотен факторов, которые могут оказывать серьезное влияние на здоровье людей. Степень ущерба, вызываемого радиационным облучением, зависит от многих показателей, например, от дозы облучения, ее мощности, типа радиации, части тела, подвергнутого облучению, возраста и здоровья человека. Также по истечению многих лет после облучения человека могут проявляться факторы, приводящие к потенциальной причине возникновения рака и появлению других болезней. Об этом, однако, нельзя говорить с уверенностью, так как существуют многие другие причины возникновения рака. Курение, неправильное питание и солнечное облучение находятся среди наиболее вероятных причин. Но, тем не менее, очевидно, что радиация, используемая ненадлежащим образом, может также стать серьезным фактором риска. С другой стороны, большие дозы радиации, направленные на опухоль, используются в лучевой терапии, чтобы подавить злокачественные клетки. Наиболее высокие дозы используются для того, чтобы уничтожить вредные бактерии в продуктах питания, стерилизовать медицинское оборудование. Различные органы человеческого тела по-разному реагируют на облучение и обладают разной чувствительностью к радиационному воздействию.

Одна из первых систем регистрации воздействия радиации на здоровье человека была организована в Японии после атомной бомбардировки городов Хиросима и Нагасаки в 1945 г. Начало крупномасштабным эпидемиологическим исследованиям последствий ядерного взрыва было положено в 1948 г. по решению Правительства Японии. Основой таких исследований является регистр — организация, собирающая и анализирующая состояние здоровья облученного населения. Число внесенных в регистр Хиросимы и Нагасаки лиц, переживших атомную бомбардировку, составляло 86,5 тыс. человек, которые находятся под постоянным медицинским наблюдением. На основе опыта, полученного японскими специалистами, в России сразу после аварии на ЧАЭС был создан Национальный чернобыльский регистр. По выводам медиков заболеваемость растет больше всего по тем категориям заболеваний, которые как раз с радиацией никак не связаны — в основном, сердечно-сосудистые, а сердце, наверное, самый невосприимчивый к гамма-излучению орган человеческого тела.

Вследствие катастрофы на ЧАЭС, заболеваемость ликвидаторов социально значимыми хроническими болезнями в последние два года несколько снизилась почти по всем классам, однако была выше, чем взрослого населения Республики Беларусь в целом.

Болезни системы кровообращения (БСК) являются основной причиной нетрудоспособности и смертности пострадавшего населения. Заболеваемость ликвидаторов БСК в 1996 г. составила 12 011,2 на 100 тыс. (взрослого населения в целом — 1867,7), в основном за счет гипертонической болезни и ишемической болезни.

После трагических событий в Хиросиме и Нагасаки произошел перелом в общественном сознании и возник информационный взрыв, охвативший интерес ко всем аспектам ядерных исследований, который инициировали и поддерживали, главным образом, журналисты и общественники, потому, что профессионалы — атомщики двух главных атомных держав мира молчали как хранители государственных секретов.

К 50-м годам из открытых публикаций стало ясным, что атомная бомба не обычное средство массового поражения — она является серьезной угрозой для выживания человечества в будущем, так как вызывает изменения в наследственном аппарате всех живых организмов.

Создается парадоксальная ситуация — параллельно проводятся исследования влияния радиации на живые организмы как в закрытых учреждениях, так и в открытых, имея одну цель — истину, но разные задачи: — военные добивались наибольшей эффективности биологических последствий радиации, гражданские же пытались понять механизмы ее действия на организмы и искали способы защиты от нее.

К 60-м годам были сформулированы некоторые общие принципы действия радиации на живые системы ;

1. принцип отсутствия пороговой дозы;

2. принцип накопления дозы в течение жизни особи;

3. принцип удваивающей дозы.

Первый принцип свидетельствует, что абсолютно безопасных для живых организмов доз излучения не существует и любое радиационное воздействие может вызвать генетические изменения у потомков облученного родителя. Суть второго принципа состоит в том, что дозы, полученные организмом в течение жизни накапливаются, поэтому, чем больше ее продолжительность, тем более тяжелые последствия, как для организма, так и его потомства следует ожидать.

Принцип удваивающей дозы вводится в 1956 году Уоддингом и Картером для сопоставления относительного эффекта генетических нарушений, возникших в результате естественного мутационного процесса и индуцированного радиационным воздействием. Так, для растений количество энергии, необходимое для удвоения количества мутаций по сравнению с естественным уровнем мутирования, лежит в диапазоне 8−390 рад. Академик Н. П. Дубинин вычислил размер удваивающей дозы для человека. По его расчетам, средняя доза радиации, накапливаемая за 30 лет, должна составлять 3 рад. Весь объем естественного мутационного процесса у человека вызывается облучением 10 рад, и именно эта цифра вошла во все руководства как репер удваивающей дозы.

Линейность зависимости выхода мутаций от дозы определялась в многочисленных экспериментах следующим образом. Опыты проводили на дрозофилах, которых облучали в диапазоне доз 500−3000 рентген. Затем строили прямую линию, на которой откладывали зависимость между дозой облучения и количеством наследственных изменений. После чего количество мутаций экстраполировали к «нулевой точке», которая всегда точно проходила именно через ноль — точку пересечения координат, в которой отсутствие мутаций совпадает с отсутствием радиации.

По выражению Норберта Винера, взрывы атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки открыли эпоху массового террора, который вызвал глобальный страх перед использованием открытий в науке. Человечество старается с помощью общественных организаций создать антиядерные — точнее — антивоенные ассоциации, в которых одна из главных идеологий — распространение знаний о генетических последствиях ядерных катастроф.

И вновь возникает удивительный парадокс — с одной стороны, нарастают антиядерные движения, которые опираются на принципы, постулированные учеными, главный из которых — необходимость сохранения и защиты нормального генофонда человечества и всего живого от пагубных последствий радиации. Для этого необходимы законы, запрещающие проведение ядерных взрывов, которые увеличивают количество мутантов и несут гибель Человечеству. С другой — триумфальные прорывы в новую цивилизацию — создаются атомные энергетические станции, атомные ледоколы и подводные лодки на ядерном топливе. Антипараллельность существующих представлений о радиации уже в 60−70-е годы начинает приносить свои плоды: в сферу особо опасных научно-технических открытий помимо атомной бомбы общественность заносит и ядерную энергетику.

Первая атомная станция появилась в СССР в Обнинске в1954 году, вторая в США в Колдер Холл в 1956 году, после чего во многих странах были приняты программы широкого развития ядерной энергетики. Многие недоумевали — неужели те, кто принимает эти решения, не знают ничего о том, на грань какой катастрофы они могут поставить жителей всей Планеты?

Только к концу 80-х начинают публиковаться оценки потерь среди гражданского населения при нанесении ядерных ударов противостоящих ядерных империй — Советского Союза и США.

Предполагалось нанесение ядерных ударов со стороны СССР мощностью около 1300 Мт — со стороны противника 800 Мат. При оценке потерь учитывали только непосредственные поражающие факторы ядерных взрывов: ударную волну, пожары в результате светового излучения и радиоактивные осадки (которые по эффективности стоят на последнем месте). Как считают военные эксперты, людские потери в Хиросиме были обусловлены огромным пожаром, который спустя 20 минут после взрыва погубил основное количество людей, значительная часть которых погибла от разрушений зданий в результате взрывной волны. Авторы статьи сравнивают бомбежку Гамбурга в 1943 году зажигательными бомбами, которые разрушили такую же территорию, как площадь Хиросимы, и количество людских потерь сопоставляют с потерями в Хиросиме. Военные специалисты считают, что главный эффект ядерного оружия — это пожары и разрушения и относили генетические эффекты к категории несущественных. Согласно данным американских экспертов в результате непосредственного воздействия — ударной волны и пожаров при нападении СССР на американские объекты погибнет 12−27, а при ударе по советским объектам 15−32 миллиона человек. От 1 до 8 миллионов умрет от радиации. Военно-политические концепции нашей страны, связанные с радиационными проблемами тоже опубликованы.

Однако, к тому времени в научных журналах уже начали появляться статьи, в которых результаты экспериментов противоречили популярным общепринятым постулатам о неотвратимости генетических последствий радиации. Считалось, что закономерности радиационного мутагенеза, установленные на дрозофиле, имеют универсальный характер. Некоторые эксперименты, проведенные на млекопитающих, пошатнули эту идею. Линдоп и Ротблад облучали самцов мышей в трех поколениях. В каждом поколении самцы получали дозу 350 рентген. Однако влияния этих облучений на продолжительность жизни потомства обнаружить не удалось. Не было найдено генетических изменений, и после облучения животных большими дозами — от 500 до 720 рентген.

Радиационная генетика

Датой рождения радиационной генетики принято считать 1927 год, и связана с публикацией работы Германа Меллера, который, используя точные количественные методы, показал, что рентгеновские лучи вызывают повышенную частоту появления мутантных потомков у дрозофил, родителей которых подвергали облучению. С тех пор ионизирующая радиация стала одним из основных инструментов исследования механизмов действия мутагенных факторов на клетки и целостные организмы, используя который, биологи пытались решить широкий круг проблем — от изучения воздействия излучений на растворы биополимеров до влияния радиации на эволюцию биосферы, но до 1945 г. эти исследования носили фундаментальный характер и мало интересовали широкие слои населения.

Первая публикация, посвященная анализу генетических последствий взрывов атомных бомб в Японии на наследственность человека, принадлежит американским генетикам Шеллу и Нилу, которым совместно с японскими коллегами не удалось выявить какого-то значимого нарушения в кариотипах людей, пострадавших от взрыва и их потомков. Статья, написанная достаточно осторожно и с многочисленными оговорками на недостаточность и предварительность полученных данных, вызвала бурю протестующих писем, в которых авторов статьи обвиняли в таком грехе, как непрофессионализм и некомпетентность. Несколько позже появляются сообщения о результатах цитологических исследований, проведенных в Японии у детей, родители которых уцелели после взрывов атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки. Анализировали семьи, в которых один из родителей был облучен дозой не менее 100 рад и имевшие детей, рожденных до и после взрыва. Было исследовано 185 детей из 98 семей, в которых 57 детей появились до взрыва бомбы, а 128 — после. Кариотипы детей оказались нормальными, за исключением трех случаев, которые были связаны с генетическими нарушениями, возникшими до взрыва.

Последующие мониторинговые исследования состояния людей, переживших атомную бомбардировку и их потомков, в целом не изменили ранее полученные данные, которые свидетельствовали об отсутствии значительных генетических последствий. Международные коллективы генетиков и врачей обследовали 72 216 детей, родители которых пережили бомбардировку, и не выявили ни увеличения числа случаев врожденных дефектов, ни аномалий хромосом, ни увеличения количества раковых заболеваний по сравнению с нормой. Эти результаты так же вызывали негативную реакцию общественности — ибо всем известно, что генетические нарушения должны быть, а их не находят по разным причинам — в первую очередь потому, что преследуют определенные политические задачи. Выводы Я. Л. Глембоцкого и С. П. Ярмоненко о том, что повышение фона радиации «не грозит человечеству особыми бедами», казались кощунственными для большинства обывателей. По мнению этих ученых единственным эффектом, о котором можно говорить с уверенностью, является то обстоятельство, что у людей, облученных в широком диапазоне доз (1−1700 Р.) в результате взрыва атомных бомб, при авариях в профессиональных условиях или облученных с терапевтическими целями, могут возникнуть изменения только в соотношениях полов у потомства облученных.

В последующие годы исследования европейских, американских и японских исследователей так же не подтвердили концепцию о глобальном влиянии радиационного воздействия на генетический аппарат, и эта проблема постепенно теряла свою актуальность, и исследования в этой области постепенно затухали вплоть до аварии на атомной станции в Чернобыле. Чернобыль оказался главным пробным камнем оценки реальности теоретических построений медиков и биологов для анализа последствий радиационных воздействий. В это время уже были накоплены гигантские по масштабам результаты исследований о влиянии радиации на «чистую» ДНК, белки, изолированные клетки и организмы — от бактерий до человека. Не было только общей концепции влияния радиации на живые существа. Накопленные данные были достаточно абстрактны и собрать их воедино оказалось очень трудно, почти невозможно, потому что в разных экспериментах использовали разные виды животных, разные дозы и мощности излучений и разные параметры оценки последствий, в том числе и генетических.

Радиационная биология и радиационная генетика стали использоваться политиками как козырная карта в борьбе между различными государственными системами, каждая из которых утверждала только свое собственное право бороться за мир против атомного агрессора. Это требовало поддержки широких масс населения, поэтому пропаганда нуждалась в научном обосновании опасности радиационных последствий воздействия на организм, которое должно было стать общественным гарантом политики, нагнетания радиофобии — страха перед использованием радиации. Поэтому появление работ, противоречащих государственной идеологии, не вызывало позитивного отношения и, тем более, поддержки государственных и общественных организаций.

Пересмотр догм

Однако исследования ученых продолжались, и результаты экспериментов постепенно убеждали в необходимости пересмотра многих положений, укрепившихся в радиационной генетике 30−50 годов. Первая методологическая ошибка заключалась в том, что выводы о последствиях облучений, экстраполированные на человека, были получены в экспериментах на дрозофиле. Обычно в опытах облучали самцов какой-либо чистой (гомозиготной) линии, которых затем скрещивали с тестерными линиями самок и оценивали количество мутаций, возникших в половой или соматических хромосомах облученного самца. Впоследствии оказалось, что особенности метаболизма насекомых и млекопитающих глубоко различны, поэтому утверждение «что справедливо для дрозофилы справедливо и для человека» по меньшей мере, некорректно. Более того, у самцов дрозофилы отсутствует такой процесс, как кроссинговер, и, соответственно, репарационные системы, эффективно защищающие генеративные клетки млекопитающих от неблагоприятных воздействий, у данного вида насекомых не функционируют, поэтому уровень реального мутационного процесса у разных типов животных сравнивать зачастую невозможно. Кроме того, человеческая популяция высоко гетерозиготна и по этой причине так же трудно сравнивать генетические последствия облучения для популяций и чистых линий.

В Соединенных Штатах нашлись дальновидные политики, которые поддержали предложенный учеными Национальной лаборатории Окриджа проект широкомасштабных исследований действия радиации на млекопитающих в самых различных аспектах биологии и медицины. Он получил характерное название «Грандиозная мышь», так как планировали изучить в данном исследовании более миллиона мышей. Ко времени окончания эксперимента количество использованных животных составило почти 7 миллионов особей.

Результаты этой грандиозной работы оказались настолько ошеломляющими, что длительное время не пропагандировали и были известны только узкому кругу специалистов. Во-первых, различия в индивидуальной чувствительности разных особей к радиационному воздействию достигали 20-кратных значений. Во вторых, если доза радиации растягивается во времени, то одномоментное облучение вызывает более значительный эффект, чем та же доза, полученная через определенные периоды — то есть на протяжении времени доза не накапливается и принцип кумулирования дозы, установленный на дрозофиле, на млекопитающих не распространяется. В третьих, особи мужского пола более чувствительны к радиационным последствиям облучения, чем самки. В четвертых, чем больше промежуток времени между временем облучения и оплодотворением, тем меньшее количество мутаций вызывает радиация у потомства. Для млекопитающих и, в частности, человека, достаточно шести месяцев, чтобы свести до минимума генетические последствия, вызванные радиационным воздействием. Расчеты показывают, что удвоение частоты самопроизвольных, спонтанных мутаций находится в диапазоне 0,5−2,5 Зв (1 Зиверт (Зв) соответствует поглощенной дозе в 1 Дж/кг.0,01 Зв = 1 бэр). На дрозофиле величина удваивающей дозы была установлена на уровне 0,05 Зв. Таким образом, в отличие от дрозофилы, данные, полученные на млекопитающих в течение почти 30-летнего эксперимента «характеризуют радиацию как слабый мутаген в отношении млекопитающих».

Все вышесказанное вовсе не должно убеждать, что радиационное воздействие безопасно для человека. Однако необходимо различать, как это принято для большинства физических и химических факторов, с которыми контактирует человечество в техногенной среде, биологические последствия их воздействий, которые зависят от мощности дозы и продолжительности контакта.

Радиация может вызвать летальный эффект если доза облучения превысит 3−5 Грей. (Грей (Гр.) — единица поглощенной дозы массой тканей тела, 0,01Гр. =1 рад).

Меньшие дозы вызывают нарушения соматических органов и тканей. Наиболее чувствительными к облучению являются кроветворные ткани — так, красный костный мозг и другие элементы кроветворной системы теряют способность к нормальному функционированию уже при дозах облучения 0,5 — 1 Гр. Весьма чувствительны к облучению хрусталик и семенники, в то время как яичники у взрослых женщин гораздо менее чувствительны к действию радиации.

Среди соматических эффектов, проявляющихся после воздействия радиации, наибольшую опасность представляют злокачественные преобразования клеток, приводящие к появлению клонов опухолевых тканей.

Уроки Чернобыля

Прогресс для человеческого общества всегда связан с понятием риска. «Плата за прогресс» должна иметь разумную цену и степень риска обязана быть хорошо рассчитанной величиной. Поэтому трудно согласиться с постулатом, что развитие цивилизации требует увеличения человеческих жертвоприношений. Можно выделить три варианта трагедий — случай, происшествие и катастрофа. В первом варианте погибает небольшое количество людей в ситуациях, которые достаточно редко встречаются — например, гибель альпинистов в результате удара молнии. Во втором — это «привычная» гибель небольшого количества людей одномоментно, но на определенный отрезок времени составляющая громадные цифры — например, количество погибших в дорожно-транспортных происшествиях за год. И третья ситуация, когда в результате случая или злого умысла единовременно погибает огромное число народа — как при авиакатастрофах, наводнениях или землетрясениях.

Гибель «Титаника «унесла свыше тысячи жизней. В результате взрыва сжиженного газа в Мехико погибли 400 человек и 4000 получили ранения. Трагедия в Индии на химзаводе в Бхопале стала причиной гибели 2 500 человек и еще около 30 000 получили тяжелые травмы. Однако люди не запретили морские путешествия или химические производства, потому что осознают степень риска. Безусловно, что использование энергетических установок на ядерном топливе, должно быть хорошо обосновано с точки зрения безопасности. Интересны данные, которые приводит Национальное агентство США, планируя число смертельных исходов и травм среди 15 млн. жителей 32-километровых зон вокруг 100 ядерных реакторов, действующих на территории Америки, в год. В результате дорожно-транспортных происшествий может погибнуть 4200 человек и 375 000 получить ранения. В результате драк — 1500 смертей и 75 000 раненых. От электрического тока может погибать 90 человек в год, а от удара молнией 8. Смертельных исходов от аварии реактора прогнозирует 0.3, 6 человек получат травмы. Вероятность крупного бедствия на реакторах 100 атомных электростанций, которая повлечет за собой 100 и более смертельных случаев, рассчитана как 1 раз в 10 000 лет.

Скептики, сталкиваясь с подобными прогнозами, апеллируют к последствиям Чернобыльской катастрофы. Несмотря, на то, что после нее прошло 10 лет, далеко не все аспекты (особенно связанные с получением объективной информации) раскрыты до конца. Однако обратимся к фактам. В информации, подготовленной для МАГАТЭ, приводятся следующие данные. Лучевые поражения получили только те лица, которые в момент аварии непосредственно принимали участие в ее локализации, 2 человека погибли в момент аварии, 29 человек скончались в больнице, у 203 была установлена лучевая болезнь разной степени тяжести, из них 172 были выписаны в хорошем состоянии. Всего было госпитализировано 300 человек. Случаев проявления лучевой болезни среди населения зарегистрировано не было. Прогностические оценки отдаленных радиологических последствий показали, что выход злокачественных новообразований и врожденных заболеваний будет находиться в пределах естественного уровня.

Чернобыльская катастрофа вызвала тревогу у всего человечества, поэтому анализ последствий катастрофы должен был проводиться на международном уровне. В 1990 году начал работу Международный наблюдательный комитет в составе 19 человек под председательством профессора Итцуо Шигемацу — директора Исследовательского центра радиационных эффектов в Хиросиме, который с 1950 года наблюдает и анализирует здоровье людей, выживших после взрывов атомных бомб. В районе Чернобыльской аварии побывало около 200 независимых экспертов из 23 стран и 7 международных организаций. Лаборатории разных стран, в том числе из Австрии, Франции и США помогали нашим ученым анализировать и оценивать собранный материал. В результате появился Международный Чернобыльский Проект, выводы которого стали достоянием ученых и специалистов всех стран.

Оказалось, оценки уровня радиации на «зараженной» территории, полученные нашими приборами оказались сильно завышенными по сравнению с международными оценками. Суммарно внешняя и внутренняя дозы облучений по нашим данным составили 150−400 мЗв, то по оценке западных экспертов 80−160. Жители этих районов, как показали двухмесячные измерения, только в 10% случаев получили экспозицию выше минимального определяемого уровня 0.2 мЗв, а годовая доза не превысила естественный уровень радиационного фона — 1.2 мЗв.

Еще более интересными оказались выводы по оценке здоровья населения, проживающего в зараженной зоне. Как в зараженной, так и в чистой зонах было обнаружено значительное количество людей с заболеваниями, но эти заболевания никак напрямую не связаны с радиацией. «Катастрофа вызвала и продолжает вызывать значительные психологические последствия, такие как страх и обеспокоенность, которые распространены широко за пределами зараженной зоны. Эти последствия обусловлены социально-экономическими и политическими последствиями изменений в СССР. Многие из клинических исследований проведены на низком уровне и дали ошибочные или противоречивые результаты в связи с отсутствием соответствующего оборудования, хорошо подготовленных специалистов и научной информации». Проверка здоровья детей показала, что оно не вызывает серьезных опасений, но у взрослых существуют медицинские проблемы «общей природы». Не было обнаружено каких-либо различий в функции щитовидной железы между жителями загрязненных и чистых районов. Обзор данных, предоставленных СССР свидетельствует об увеличении количества раковых заболеваний за последнее десятилетие, но этот подъем начался задолго до Чернобыльской катастрофы. Собранные комиссиями данные не показали заметного увеличения числа случаев лейкемии или опухолей щитовидной железы за время прошедшее после аварии (т.е. за 5 лет). Анализы офтальмологов не обнаружили в обследованных популяциях случаев радиационно-индуцированной катаракты. Среди взрослых обычно повышенное кровяное давление, но оно одинаково у жителей как загрязненных, так и незагрязненных районов. Не получено статистически значимых данных по влиянию радиационной обстановки на появление врожденных аномалий.

Означают ли эти выводы, что после Чернобыля здоровье людей оказалось столь же благополучным, как и до него? Отнюдь нет. Здоровье популяции значительно ухудшилось и специалистов этот факт ставит в тупик. Многочисленные исследования только констатировали, что непосредственные эффекты радиации, как физического фактора, не являются определяющими в возникновении заболеваний, которыми страдают ликвидаторы, потому что многие из них не получили доз, способных повлиять на организм. Медики и биологи впервые стали перед абсолютно новой проблемой, значимость которой просто невозможно преуменьшить — проблемой психотропного действия радиации. Здесь собирается гигантский узел социальных, гуманитарных, научных и медицинских проблем, которые ставят новые задачи и подходы к этиологии, анамнезу и лечению последствий «радиационного» воздействия подобного типа. Возможно, что впоследствии будут выявлены и другие факторы искусственного происхождения, которые смогут оказывать не меньший эффект на здоровье населения, поэтому причины и лекарства от «заболеваний внушения» необходимо искать сегодня.

Радиация в медицине

В медицинской литературе накопилось немало примеров двойственных эффектов воздействия радиации на людей. В 30−40 годы около 14 000 человек страдали от болезни, которая называется анкилозирующий спондилит, — дегенеративная деформация позвоночника, которая сопровождается очень сильными болями. Облучение высокими дозами радиации снимало болевой синдром и в течение многих лет пациенты не испытывали нужду в использовании других болеутоляющих препаратов. Наблюдение за этими пациентами показало, что 70 человек умерли от лейкоза, в то время, как в контрольной выборке на 14 000 человек выявлено всего два подобных случая. У врачей и пациентов всегда стоит проблема выбора меньшего из зол — то ли страдать всю жизнь от невыносимой боли, то ли рискнуть, избрав облучение в надежде, что судьба убережет от случая попасть в 0,5% рискующих заболеть лейкозом.

Тем не менее, медицинская радиология сегодня является результатом синтеза многих наук и технологий, недаром врачи называют рентген «исцеляющими лучами». Трудно представить себе все возможные последствия для многих тысяч людей, если бы исчезла рентгенологическая диагностика — как бы работали стоматологи, травматологи и хирурги, если бы они не имели рентгеновских снимков? Что делать, когда без изотопной медицины нельзя поставить диагноз о состоянии внутренних органов? Следует ли запретить радиационную онкологию? Эти вопросы небесполезно задавать людям, которые посвятили себя не столько борьбе против распространения и за запрещение ядерного оружия, сколько против использования атомной энергии в любых целях — медицинских, сельскохозяйственных, энергетических, потому что государственная политика запугивания трансформировалась в радиофобию, которая легла в основу многих общественных движений. Но, не смотря на это, радиация продолжает широко использоваться в медицине, облегчая страдания и продлевая жизнь тяжело больным людям.

Разработана методика, продлевающая жизнь раковым больным. Метастазы раковой опухоли в костную ткань возникают в том случае, если опухолевые клетки скапливаются там, в большом количестве начинают интенсивно разрастаться. Метастазы в кости характерны для поздних стадий рака груди и предстательной железы. Костные разрастания опухолей заставляют страдать онкологических больных от жестоких болей и, в конце концов, убивают их.

Группой ученых из Боннского университета (Германия) разработана методика, продлевающая жизнь раковым больным. Методика лечения основана на том, что метастатические клетки подвергаются целенаправленному воздействию высоких доз радиации. Целенаправленность воздействия достигается тем, что радиоактивная молекула присоединяется к бифосфонатам, которые имеют свойство избирательно накапливаться в области скоплений злокачественных клеток рака простаты. Для лечения используется изотоп рений — 188, который дает мощное бета-излучение короткого радиуса действия — несколько миллиметров. В среднем одна такая инъекция продлевает жизнь больному с 7 до 13 месяцев. Учитывая то, что данная методика имеет мало побочных эффектов, возможны повторные курсы лечения.