Биологическое действие ионизирующего излучения

Различают два вида эффекта воздействия на организм ионизирующих излучений: соматический и генетический. При соматическом эффекте последствия проявляются непосредственно у облучаемого, при генетическом — у его потомства. Соматические эффекты могут быть ранними или отдалёнными. Ранние возникают в период от нескольких минут до 30−60 суток после облучения. К ним относят покраснение и шелушение кожи, помутнение хрусталика глаза, поражение кроветворной системы, лучевая болезнь, летальный исход. Отдалённые соматические эффекты проявляются через несколько месяцев или лет после облучения в виде стойких изменений кожи, злокачественных новообразований, снижения иммунитета, сокращения продолжительности жизни.

При изучении действия излучения на организм были выявлены следующие особенности:

• 1) высокая эффективность поглощённой энергии, даже малые её количества могут вызвать глубокие биологические изменения в организме;
• 2) наличие скрытого (инкубационного) периода проявления действия ионизирующих излучений;
• 3) действие от малых доз может суммироваться или накапливаться;
• 4) генетический эффект — воздействие на потомство;
• 5) различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению.
• 6) Не каждый организм (человек) в целом одинаково реагирует на облучение.
• 7) Облучение зависит от частоты воздействия. При одной и той же дозе облучения вредные последствия будут тем меньше, чем более дробно оно получено во времени.

Ионизирующее излучение может оказывать влияние на организм как при внешнем (особенно рентгеновское и гамма-излучение), так и при внутреннем (особенно альфа-частицы) облучении. Внутреннее облучение происходит при попадании внутрь организма через лёгкие, кожу и органы пищеварения источников ионизирующего излучения. Внутреннее облучение более опасно, чем внешнее, так как попавшие внутрь ИИИ подвергают непрерывному облучению ничем не защищённые внутренние органы.

Под действием ионизирующего излучения вода, являющаяся составной частью организма человека, расщепляется и образуются ионы с разными зарядами. Полученные свободные радикалы и окислители взаимодействуют с молекулами органического вещества ткани, окисляя и разрушая её. Нарушается обмен веществ. Происходят изменения в составе крови — снижается уровень эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов и нейтрофилов. Поражение органов кроветворения разрушает иммунную систему человека и приводит к инфекционным осложнениям.

Местные поражения характеризуются лучевыми ожогами кожи и слизистых оболочек. При сильных ожогах образуются отёки, пузыри, возможно отмирание тканей (некрозы).

Смертельные поглощённые дозы для отдельных частей тела следующие:

• · голова — 20 Гр;
• · нижняя часть живота — 50 Гр;
• · грудная клетка -100 Гр;
• · конечности — 200 Гр.

При облучении дозами, в 100−1000 раз превышающую смертельную дозу, человек может погибнуть во время облучения («смерть под лучом»).

Впервые поражающее действие ионизирующего излучения было отмечено в 1878 г. в Саксонии (Германия). У 75% шахтеров, добывающих железную руду, было обнаружено заболевание раком легких. Оказалось, что горная порода характеризуется высоким содержанием урана. Причиной заболеваний был радиоактивный газ радон, накапливающийся в воздухе плохо вентилируемых шахт. Примерно в то же время первые исследователи, не задумываясь об опасности, облучали свои руки рентгеновскими лучами для определения их интенсивности. Первым и самым легким симптомом, который они обнаружили, было временное покраснение кожи (эритема). Эффект появлялся спустя несколько часов, а через несколько дней исчезал, не оставляя следов. Позже стало ясно, что более интенсивное или длительное облучение может привести к серьезным последствиям. В 1902 г. был описан первый случай заболевания раком кожи вследствие воздействия рентгеновского излучения. Еще 10 лет спустя появились первые сообщения о лейкемии у врачей и медсестер, работавших с рентгеновской аппаратурой. А в 1930 г. было доказано, что лейкемия может возникать в результате действия ионизирующего излучения.

Сегодня наука располагает данными более чем пятидесятилетнего медицинского наблюдения за облученными людьми. Это 90 тысяч человек, переживших атомную бомбардировку в Японии, около 600 тысяч получивших дозу излучения во время ядерных испытаний и на ядерных производствах. Почти миллион ежегодно составляют пациенты, получающие лучевую терапию. Наиболее полно изучены последствия воздействия больших доз излучения.

Большие дозы — это дозы излучения, которые как минимум в сотни или тысячи раз превышают дозовые пределы. В радиобиологии принято считать, что это дозы, превышающие 1000 мЗв однократно или 50−100 мЗв в год в режиме хронического облучения. При облучении малыми дозами проявления носят вероятностный характер — с увеличением дозы возрастает лишь вероятность эффектов, но не их степень. Иная картина в диапазоне больших доз — с увеличением дозы усиливается как вероятность, так и степень проявления эффектов. Действие на человека больших доз излучения выражается в конкретных клинических формах: острая лучевая болезнь, лучевые ожоги, хроническая лучевая болезнь. Крайне высокая доза облучения всего тела приводит к смерти. Мировая история знает немного таких случаев. В августе 1945 года в результате атомной бомбардировки японских городов Хиросимы и Нагасаки непосредственно от взрывов и высоких доз облучения погибло более 100 000 человек. С тех пор атомные бомбы в военных действиях не применялись.

В апреле 1986 года в Чернобыле смертельные дозы, превышающие 10 000 мЗв, получил 31 человек. Все эти люди сразу после начала аварии на реакторе приняли участие в ликвидации ее последствий. Чернобыльская авария — это единственная авария на промышленной АЭС, во время которой находящиеся там люди получили смертельные дозы. Известны также другие случаи, когда профессиональные работники получали смертельные дозы в результате аварий на радиационных установках или грубого нарушения техники безопасности.

Единовременная доза не вызывает каких-либо заметных симптомов. В отсутствии дозиметра человек об облучении не узнает. Анализ крови в течение нескольких недель будет показывать небольшое снижение уровня лейкоцитов, но вскоре нормальные уровни восстанавливаются.

Единовременная доза через несколько часов после облучения может вызвать ухудшение самочувствия, которое проявляется в виде головной боли, тошноты или рвоты. Однако поскольку реакции людей индивидуальны, абсолютно минимальную дозу для наступления заметных симптомов установить невозможно. Доза в 2000 мЗв приводит к снижению уровня как лимфоцитов, так и тромбоцитов примерно на 50%. В течение нескольких месяцев нормальные уровни восстанавливаются. 3:

Наиболее общие симптомы лучевой болезни у многих людей будут проявляться, если доза составит или превысит 3000 мЗв. Симптомы являются неконкретными и напоминают симптомы многих обычных болезней: — это слабость, угнетенное состояние, головокружение, головная боль, потеря аппетита, тошнота, рвота. Через несколько дней пациент может почувствовать себя лучше, но наступает новый приступ болезни, сопровождающийся нарастающей депрессией, высокой температурой, кровавой рвотой, поносом, инфекционно-воспалительными процессами. В местах значительного облучения кожи наблюдается эритема, выпадение волос. Хотя существует небольшой риск смерти, выжившие, как правило, вполне выздоравливают в течение нескольких месяцев. Клинические проявления становятся более выраженными. Симптомы, появляющиеся через несколько недель после облучения, вызываются поражением слизистых оболочек внутренних органов и тканей костного мозга. При таких дозах поражение может быть слишком сильным для того, чтобы организм восстановился. 4000 мЗв создает существенную угрозу жизни, 5000 мЗв означает высокую вероятность смерти, а 6000 мЗв без интенсивного медицинского лечения почти определенно означает смерть. Поражение внутренних органов затрудняет прием и поглощение питательных растворов, и лечение включает восполнение жидкости. Поражение костного мозга сильно меняет формулу крови, что вызывает внутреннее кровотечение и повышает риск инфекции. Пациента необходимо защитить от инфекций. Лечение, связанное с переливанием крови и пересадкой костного мозга, заканчивались по-разному.

После получение единовременной дозы, превышающей 6000 мЗв, шансы выжить дольше нескольких недель весьма малы. Если доза превышает 10 000 мЗв, слизистые оболочки внутренних органов будут поражены настолько, что восстановить их будет уже невозможно. Смерть наступает в течение двух недель от обезвоживания организма.

Дозы 1000 мЗв и более являются исключительными и могут быть получены только во время ядерной войны, в ходе лучевой терапии или в результате серьезной радиационной аварии, когда лицо находится на месте аварии или около него; ни дозы, получаемые в течение всей жизни, ни единовременные дозы менее 1000 мЗв не вызывают каких либо симптомов. Единственно возможное последствие — это повышение риска рака на более позднем этапе жизни.

До сих пор речь шла о дозах, которые намного выше тех, которые встречаются в реальных условиях производства и проживания людей. В подавляющем большинстве случаев доза, накопленная за жизнь, не превышает 1000 мЗв. Дозы излучения, ограниченные этим пределом, называют малыми.

Воздействие таких доз на организм сводится только к возрастанию риска стохастических эффектов. Особенность этих эффектов заключается в случайной, вероятностной природе их проявления. Это означает, что от дозы зависит не тяжесть поражения, а лишь вероятность его возникновения. На практике это проявляется в том, что с ростом дозы увеличивается частота возникновения рака. Например, в эксперименте увеличивается доля животных, у которых развивается рак. Но при этом нельзя заранее предсказать каждый конкретный исход — животное, получившее малую дозу, может заболеть, а то, которое получило в 100 раз больше, остаться здоровым.

Данные наблюдений позволяют с определенностью заключить, что длительное, многолетнее облучение дозами до 50 мЗв в год взрослого практически здорового человека (персонала) или дозами до 10 мЗв в год населения в целом не вызывает никаких неблагоприятных эффектов, которые можно зарегистрировать современными методами. Способность ионизирующих излучений вызывать рак и генетические нарушения выявлена только при больших дозах облучения, никак не меньших 1000 мЗв. Длительное наблюдение за людьми, пережившими атомную бомбардировку Хиросимы и Нагасаки, показало небольшое, но четкое увеличение заболеваемости определенными видами рака, такими как лейкемия, рак щитовидной железы, а также рак молочной железы у женщин. Общее увеличение частоты раковых заболеваний составило примерно 6%.

Чернобыльская авария выявила еще один важный аспект действия малых доз излучения, о котором нельзя не сказать. Речь идет о психосоматических эффектах. После радиоактивного загрязнения ни один житель стран Западной Европы и Скандинавии не получил единовременной дозы излучения выше 0,1 мЗв. Тем не менее многие говорили, что из-за радиации у них появилась сыпь, головные боли, тошнота, бессонница. Нет никаких оснований сомневаться в том, что эти симптомы действительно имели место, но утверждение о том, что их болезнь является биологическим последствием излучения, сомнительно. Страх, обеспокоенность, чувство тревоги и неосведомленность могут вызвать временные физические признаки болезни. У тех, кто получал достаточную информацию и хорошо понимал ситуацию, таких симптомов не наблюдалось, хотя они после аварии подвергались воздействию таких же доз облучения. Согласно исследованиям, проведенным международными экспертами в наиболее загрязненных районах России, Беларуси и Украины, причинами самых серьезных проблем было не непосредственное биологическое действие излучения, а травмы, страхи, чувство безнадежности, депрессия и нарушение питания. Во многих случаях причиной реальных проблем со здоровьем были именно они, а не излучение. Очевидно, что люди, находящиеся в таком состоянии, нуждаются в лечении. И если симптомы имеют психосоматический характер и вызваны страхом перед излучением, пациенту следует сказать правду: малые дозы излучения не вызывают признаков болезни. Любое предположение со стороны психологов или медицинских работников о связи симптомов с излучением может вызвать ненужную тревогу у человека и ухудшить его состояние.