Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.сайт/

Биологическое действие радиации

1. Прямое и косвенное действие ионизирующего излучения

Радиоволны, световые волны, тепловая энергия солнца - все это разновидности излучений. Однако, излучение будет ионизирующим, если оно способно разрывать химические связи молекул, из которых состоят ткани живого организма, и, как следствие, вызывать биологические изменения. Действие ионизирующего излучения происходит на атомном или молекулярном уровне, независимо от того, подвергаемся ли мы внешнему облучению, или получаем радиоактивные вещества с пищей и водой, что нарушает баланс биологических процессов в организме и приводит к неблагоприятным последствиям. Биологические эффекты влияния" радиации на организм человека обусловлены взаимодействием энергии излучения с биологической тканью. Энергию непосредственно передаваемую атомам и молекулам биотканей называют прямым действием радиации. Некоторые клетки из-за неравномерности распределения энергии излучения будут значительно повреждены.

Одним из прямых эффектов является канцерогенез или развитие онкологических заболеваний. Раковая опухоль возникает, когда соматическая клетка выходит из-под контроля организма и начинает активно делиться. Первопричиной этого являются нарушения в генетическом механизме, называемые мутациями. При делении раковая клетка производит только раковые клетки. Одним из наиболее чувствительных органов к воздействию радиации является щитовидная железа. Поэтому биоткань этого органа наиболее уязвима в плане развития рака. Не менее восприимчива к влиянию излучения кровь. Лейкоз или рак крови - один из распространенных эффектов прямого воздействия радиации. Заряженные частицы проникают в ткани организма, теряют свою энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами атомов. Электрическое взаимодействие сопровождает процесс ионизации (вырывание электрона из нейтрального атома).

Физико-химические изменения сопровождают возникновение в организме чрезвычайно опасных «свободных радикалов».

Кроме прямого ионизирующего облучения выделяют также косвенное или непрямое действие, связанное с радиолизом воды. При радиолизе возникают свободные радикалы - определенные атомы или группы атомов, обладающие высокой химической активностью. Основным признаком свободных радикалов являются избыточные или неспаренные электроны. Такие электроны легко смещаются со своих орбит и могут активно участвовать в химической реакции. Важно то, что весьма незначительные внешние изменения могут привести к значительным изменениям биохимических свойств клеток. К примеру, если обычная молекула кислорода захватит свободный электрон, то она превращается в высокоактивный свободный радикал - супероксид. Кроме того, имеются и такие активные соединения, как перекись водорода, гидроокисел и атомарный кислород. Большая часть свободных радикалов нейтральна, но некоторые из них могут иметь положительный или отрицательный заряд.

Если число свободных радикалов мало, то организм имеет возможность их контролировать. Если же их становится слишком много, то нарушается работа защитных систем, жизнедеятельность отдельных функций организма. Повреждения, вызванные свободными радикалами, быстро увеличиваются по принципу цепной реакции. Попадая в клетки, они нарушают баланс кальция и кодирование генетической информации. Такие явления могут привести к сбоям в синтезе белков, что является жизненно важной функцией всего организма, т.к. неполноценные белки нарушают работу иммунной системы. Основные фильтры иммунной системы - лимфатические узлы работают в перенапряженном режиме и не успевают их отделять. Таким образом, ослабляются защитные барьеры и в организме создаются благоприятные условия для размножения вирусов микробов и раковых клеток.

Свободные радикалы, вызывающие химические реакции, вовлекают в этот процесс многие молекулы, не затронутые излучением. Поэтому производимый излучением эффект обусловлен не только количеством поглощенной энергии, а и той формой, в которой эта энергия передается. Никакой другой вид энергии, поглощенный биообъектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывает ионизирующее излучение. Однако природа этого явления такова, что все процессы, в том числе и биологические, уравновешиваются. Химические изменения возникают в результате взаимодействия свободных радикалов друг с другом или со «здоровыми» молекулами Биохимические изменения происходят как в момент облучения, так и на протяжении многих лет, что приводит к гибели клеток.

Наш организм в противовес описанным выше процессам вырабатывает особые вещества, которые являются своего рода «чистильщиками».

Эти вещества (ферменты) в организме способны захватывать свободные электроны, не превращаясь при этом в свободные радикалы. В нормальном состоянии в организме поддерживается баланс между появлением свободных радикалов и ферментами. Ионизирующее излучение нарушает это равновесие, стимулирует процессы роста свободных радикалов и приводит к негативным последствиям. Активизировать процессы поглощения свободных радикалов можно, включив в рацион питания антиокислители, витамины А, Е, С или препараты, содержащие селен. Эти вещества обезвреживают свободные радикалы, поглощая их в больших количествах.

2. Воздействие ионизирующего излучения на отдельные органы и организм в целом

В структуре организма можно выделить два класса систем: управляющую (нервная, эндокринная, иммунная) и жизнеобеспечивающую (дыхательная, сердечно-сосудистая, пищеварительная). Все основные обменные (метаболические) процессы и каталитические (ферментативные) реакции происходят на клеточном и молекулярном уровнях. Уровни организации организма функционируют в тесном взаимодействии и взаимовлиянии со стороны управляющих систем. Большинство естественных факторов воздействуют сначала на вышестоящие уровни, затем через определенные органы и ткани - на клеточно-молекулярные уровни. После этого начинается ответная фаза, сопровождающаяся коррективами на всех уровнях.

Взаимодействие радиации с организмом начинается с молекулярного уровня. Прямое воздействие ионизирующего излучения, поэтому является более специфичным. Повышение уровня окислителей характерно и для других воздействий. Известно, что различные симптомы (температура, головная боль и др.) встречаются при многих болезнях и причины их различны. Это затрудняет установление диагноза. Поэтому, если в результате вредного воздействия на организм радиации не возникает определенной болезни, установить причину более отдаленных последствий трудно, поскольку они теряют свою специфичность.

Радиочувствительность различных тканей организма зависит от биосинтетических процессов и связанной с ними ферментативной активностью. Поэтому наиболее высокой радиопоражаемостью отличаются клетки костного мозга, лимфатических узлов, половые клетки. Кровеносная система и красный костный мозг наиболее уязвимы при облучении и теряют способность нормально функционировать уже при дозах 0,5-1 Гр. Однако, они обладают способностью восстанавливаться и если не все клетки поражены, кровеносная система может восстановить свои функции. Репродуктивные органы, например, семенники, так же отличаются повышенной радиочувствительностью. Облучение свыше 2 Гр приводит к постоянной стерильности. Только через много лет они могут полноценно функционировать. Яичники менее чувствительны, по крайней мере, у взрослых женщин. Но однократная доза более 3 Гр все же приводит к их стерильности, хотя большие дозы при неоднократном облучении не сказываются на способности к деторождению.

Очень восприимчив к излучению хрусталик глаза. Погибая, клетки хрусталика становятся непрозрачными, разрастаясь, приводят к катаракте, а затем и к полной слепоте. Это может произойти при дозах около 2 Гр.

Радиочувствительность организма зависит от его возраста. Небольшие дозы при облучении детей могут замедлить или вовсе остановить у них рост костей. Чем меньше возраст ребенка, тем сильнее подавляется рост скелета. Облучение мозга ребенка может вызвать изменения в его характере, привести к потере памяти. Кости и мозг взрослого человека способны выдержать гораздо большие дозы. Относительно большие дозы способны выдерживать большинство органов. Почки выдерживают дозу около 20 Гр, полученную в течение месяца, печень - около 40 Гр, мочевой пузырь - 50 Гр, а зрелая хрящевая ткань - до 70 Гр. Чем моложе организм, тем при прочих равных условиях, он более чувствителен к воздействию радиации.

Видовая радиочувствительность возрастает по мере усложнения организма. Это объясняется тем, что в сложных организмах больше слабых звеньев, вызывающих цепные реакции выживания. Этому способствуют и более сложные системы управления (нервная, иммунная), которые частично или полностью отсутствуют в более примитивных особях. Для микроорганизмов дозы, вызывающие 50% смертности, составляют тысячи Гр, для птиц - десятки, а для высокоорганизованных млекопитающих - единицы.

3. Мутации

Каждая клетка организма содержит молекулу ДНК, которая несет информацию для правильного воспроизведения новых клеток.

ДНК - это дезоксирибонуклеиновая кислота, состоящая из длинных, закругленных молекул в виде двойной спирали. Функция ее заключается в обеспечении синтеза большинства белковых молекул, из которых состоят аминокислоты. Цепочка молекулы ДНК состоит из отдельных участков, которые кодируются специальными белками, образуя так называемый ген человека.

Радиация может либо убить клетку, либо исказить информацию в ДНК так, что со временем появятся дефектные клетки. Изменение генетического кода клетки называют мутацией. Если мутация происходит в яйцеклетке спермы, последствия могут быть ощутимы и в далеком будущем, т.к. при оплодотворении образуются 23 пары хромосом, каждая из которых состоит из сложного вещества, называемого дезоксирибонуклеиновой кислотой. Поэтому мутация, возникающая в половой клетке, называется генетической мутацией и может передаваться последующим поколениям.

По мнению Э.Дж. Холла, такие нарушения можно отнести к двум основным типам: хромосомные аберрации, включающие изменение числа или структуры хромосом, и мутации в самих генах. Генные мутации подразделяются далее на доминантные (которые проявляются сразу в первом поколении) и рецессивные (которые могут проявиться в том случае, если у обоих родителей мутантным является один и тот же ген). Такие мутации могут не проявиться на протяжении многих поколений или не обнаружиться вообще. Мутация в самотической клетке будет оказывать влияние только на сам индивид. Вызванные радиацией мутации не отличаются от естественных, однако при этом увеличивается сфера вредного воздействия.

Описанные рассуждения основаны лишь на лабораторных исследованиях животных. Прямых доказательств радиационных мутаций у человека пока нет, т.к. полное выявление всех наследственных дефектов происходит лишь на протяжении многих поколений.

Однако, как подчеркивает Джон Гофман, недооценка роли хромосомных нарушений, основанная на утверждении «их значение нам неизвестно», является классическим примером решений, принимаемых невежеством. Допустимые дозы облучения были установлены еще задолго до появления методов, позволяющих установить те печальные последствия, к которым они могут привести ничего не подозревающих людей и их потомков.

4. Действие больших доз ионизирующих излучений на биологические объекты

Живой организм очень чувствителен к действию ионизирующей радиации. Чем выше на эволюционной лестнице стоит живой организм, тем он более радиочувствителен. Радиочувствительность - многосторонняя характеристика. «Выживаемость» клетки после облучения зависит одновременно от ряда причин: от объема генетического материала, активности энергообеспечивающих систем, соотношения ферментов, интенсивности образования свободных радикалов Н и ОН.

При облучении сложных биологических организмов следует учитывать процессы, происходящие на уровне взаимосвязи органов и тканей. Радиочувствительность у различных организмов варьируется довольно широко.

Организм человека, как совершенная природная система, еще более чувствителен к радиации. Если человек перенес общее облучение дозой 100-200 рад, то у него спустя несколько дней появятся признаки лучевой болезни в легкой форме. Ее признаком может служить уменьшение числа белых кровяных клеток, которое устанавливается при анализе крови. Субъективным показателем для человека является возможная рвота в первые сутки после облучения.

Средняя степень тяжести лучевой болезни наблюдается у лиц, подвергшихся воздействию излучения в 250-400 рад. У них резко снижается содержание лейкоцитов (белых кровяных клеток) в крови, наблюдается тошнота и рвота, появляются подкожные кровоизлияния. Летальный исход наблюдается у 20% облученных спустя 2-6 недель после облучения.

При облучении дозой 400-600 рад развивается тяжелая форма лучевой болезни. Появляются многочисленные подкожные кровотечения, количество лейкоцитов в крови значительно уменьшается. Летальный исход болезни 50%.

Очень тяжелая форма лучевой болезни возникает при облучении дозой выше 600 рад. Лейкоциты в крови полностью исчезают. Смерть наступает в 100% случаев.

Описанные выше последствия радиационного облучения характерны для случаев, когда медпомощь отсутствует.

Для лечения облученного организма современная медицина широко применяет такие методы, как кровезамещение, пересадка костного мозга, введение антибиотиков, а также другие методы интенсивной терапии. При таком лечении возможно исключить смертельный исход даже при облучении дозой до 1000 рад. Энергия, излучаемая радиоактивными веществами, поглощается окружающей средой, в том числе и биологическими объектами. В результате воздействия ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биохимические процессы.

Ионизирующее воздействие нарушает в первую очередь нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ. В зависимости от величины поглощенной дозы излучения и индивидуальных особенностей организма вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми. При небольших дозах пораженная ткань восстанавливает свою функциональную деятельность. Большие дозы при длительном воздействии могут вызвать необратимое поражение отдельных органов или всего организма. Любой вид ионизирующих излучений вызывает биологические изменения в организме как при внешнем (источник находится вне организма), так и при внутреннем облучении (радиоактивные вещества попадают внутрь организма, например, с пищей или ингаляционным путем). Рассмотрим действие ионизирующего излучения, когда источник облучения находится вне организма.

Биологических эффект ионизирующего излучения в данном случае зависит от суммарной дозы и времени воздействия излучения, его вида, размеров облучаемой поверхности и индивидуальных особенностей организма. При однократном облучении всего тела человека возможны биологические нарушения в зависимости от суммарной поглощенной дозы излучения.

При облучении дозами, в 100-1000 раз превышающими смертельную дозу, человек может погибнуть во время облучения. Причем, поглощенная доза излучения, вызывающая поражение отдельных частей тела, превышает смертельную поглощенную дозу облучения всего тела. Смертельные поглощенные дозы для отдельных частей тела следующие: голова - 20 Гр, нижняя часть живота - 30 Гр, верхняя часть живота - 50 Гр, грудная клетка - 100 Гр, конечности - 200 Гр.

Степень чувствительности различных тканей к облучению неодинакова. Если рассматривать ткани органов в порядке уменьшения их чувствительности к действию облучения, 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 0,5 Гр через сутки после облучения может резко сократиться число лимфоцитов. Уменьшается также и количество эритроцитов (красных кровяных телец) по истечении двух недель после облучения. У здорового человека насчитывается порядка 10 4 красных кровяных телец, причем ежедневно воспроизводится 10 4 больных лучевой болезнью такое соотношение нарушается и в результате организм погибает.

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 (рис. 2.17).

Внешнее облучение альфа-, а также бета-частицами менее опасно. Они имеют небольшой пробег в ткани и не достигают кроветворных и других внутренних органов. При внешнем облучении необходимо учитывать гамма- и нейтронное облучение, которые проникают в ткань на большую глубину и разрушают ее, о чем более подробно рассказывалось выше.

5. Два вида облучения организма: внешнее и внутреннее

Ионизирующее излучение может двумя способами оказывать воздействие на человека. Первый способ - внешнее облучение от источника, расположенного вне организма, которое в основном зависит от радиационного фона местности на которой проживает человек или от других внешних факторов. Второй - внутреннее облучение, обусловленное поступлением внутрь организма радиоактивного вещества, главным образом с продуктами питания.

Продукты питания, не соответствующие радиационным нормам, имеют повышенное содержание радионуклидов, инкорпорируются с пищей и становятся источником излучения непосредственно внутри организма.

Большую опасность представляют продукты питания и воздух, содержащие изотопы плутония и америция, которые обладают высокой альфа активностью. Плутоний, выпавший в результате Чернобыльской катастрофы, является самым опасным канцерогенным веществом. Альфа излучение имеет высокую степень ионизации и, следовательно, большую поражающую способность для биологических тканей.

Попадание плутония, а также америция через дыхательные пути в организм человека вызывает онкологию легочных заболеваний. Однако следует учесть, что отношение общего количества плутония и его эквивалентов америция, кюрия к общему количеству плутония, попавшего в организм ингаляционным путем незначительно. Как установил Беннетт, при анализе ядерных испытаний в атмосфере, на территории США соотношение выпадения и ингаляции равно 2,4 млн. к 1, то есть подавляющее большинство альфа-содержащих радионуклидов от испытаний ядерного оружия ушли в землю не оказав влияния на человека. В выбросах Чернобыльского следа наблюдались также частицы ядерного топлива, так называемые горячие частицы размером около 0,1 микрона. Эти частицы также могут проникать ингаляционным путем в легкие и представлять серьезную опасность.

Внешнее и внутреннее облучения требуют различные меры предосторожности, которые должны быть приняты против опасного действия радиации.

Внешнее облучение в основном создается гамма содержащими радионуклидами, а также рентгеновским излучением. Его поражающая способность зависит от:

а) энергии излучения;

б) продолжительности действия излучения;

в) расстояния от источника излучения до объекта;

г) защитных мероприятий.

Между продолжительностью времени облучения и поглощенной дозой существует линейная зависимость, а влияние расстояния на результат радиационного воздействия имеет квадратичную зависимость.

Для защитных мероприятий от внешнего облучения используются в основном свинцовые и бетонные защитные экраны на пути излучения. Эффективность применения материала в качестве экрана для защиты от проникновения рентгеновских или гамма-лучей зависит от плотности материала, а также от концентрации содержащихся в нем электронов.

Если от внешнего облучения можно защититься специальными экранами или другими действиями, то с внутренним облучением это сделать не представляется возможным.

Различают три возможных пути, по которым радионуклиды способны попасть внутрь организма:

а) с пищей;

б) через дыхательные пути с воздухом;

в) через повреждения на коже.

Следует отметить, что радиоактивные элементы плутоний и америций проникают в организм в основном с пищей или при дыхании и очень редко через повреждения кожи.

Как отмечает Дж. Холл, органы человека реагируют на поступившие в организм вещества исходя исключительно из химической природы последних, вне зависимости от того, являются они радиоактивными или нет. Химические элементы такие как натрий и калий, входят в состав всех клеток организма. Следовательно, их радиоактивная форма, введенная в организм, будет также распределена по всему организму. Другие химические элементы имеют склонность накапливаться в отдельных органах, как это происходит с радиоактивным йодом в щитовидной железе или кальцием в костной ткани.

Проникновение радиоактивных веществ с пищей внутрь организма существенно зависит от их химического взаимодействия. Установлено, что хлорированная вода увеличивает растворимость плутония, и как следствие инкорпорацию его во внутренние органы.

После того, как радиоактивное вещество попало в организм, следует учитывать величину энергии и вид излучения, физический и биологический период полураспада радионуклида. Биологическим периодом полувыведения называют время, которое необходимо для выведения из организма половины радиоактивного вещества. Некоторые радионуклиды выводятся из организма быстро, и поэтому не успевают нанести большого вреда, в то время как другие сохраняются в организме в течение значительного времени.

Период полувыведения радионуклидов, существенно зависит от физического состояния человека, его возраста и других факторов. Сочетание физического периода полураспада с биологическим, называется эффективным периодом полураспада -наиболее важным в определении суммарной величины излучения. Орган, наиболее подверженный действию радиоактивного вещества называют критическим. Для различных критических органов разработаны нормативы, определяющие допустимое содержание каждого радиоактивного элемента. На основании этих данных созданы документы, регламентирующие допустимые концентрации радиоактивных веществ в атмосферном воздухе, питьевой воде, продуктах питания. В Беларуси в связи с аварией на ЧАЭС действуют Республиканские допустимые уровни содержания радионуклидов цезия и стронция в пищевых продуктах и питьевой воде (РДУ-92). В Гомельской области введены по некоторым пищевым продуктам питания, например детского, более жесткие нормативы. С учетом всех вышеперечисленных факторов и нормативов, подчеркнем, что среднегодовая эффективная эквивалентная доза облучения человека не должна превышать 1 мЗв в год.

Литература

1. Савенко В.С. Радиоэкология. - Мн.: Дизайн ПРО, 1997.

2. М.М. Ткаченко, «Радіологія (променева діагностика та променева терапія)»

3. А.В. Шумаков Краткое пособие по радиационной медицине Луганск -2006

4. Бекман И.Н. Лекции по ядерной медицине

5. Л.Д. Линденбратен, Л.Б. Наумов. Медицинская рентгенология. М. Медицина 1984

6. П.Д. Хазов, М.Ю. Петрова. Основы медицинской радиологии. Рязань, 2005

7. П.Д. Хазов. Лучевая диагностика. Цикл лекций. Рязань. 2006

облучение организм ионизирующий

Размещено на сайт

Подобные документы

Прямое и косвенное действие ионизирующего излучения. Воздействие ионизирующего излучения на отдельные органы и организм в целом, мутации. Действие больших доз ионизирующих излучений на биологические объекты. Виды облучения организма: внешнее и внутреннее.

реферат , добавлен 06.02.2010


Применение ионизирующего излучения в медицине. Технология лечебных процедур. Установки для дистанционной лучевой терапии. Применение изотопов в медицине. Средства защиты от ионизирующего излучения. Процесс получения и использования радионуклидов.

презентация , добавлен 21.02.2016


Основные функциональные и морфологические изменения в клеточных структурах, происходящие под воздействием ионизирующего излучения, степень данных изменений на иммунную систему организма. Клинические признаки облучения и протекание лучевой болезни.

реферат , добавлен 23.01.2010


Физические основы лучевой терапии. Основные виды и свойства ионизирующих излучений. Корпускулярные и фотонные ионизирующие излучения (ИИ). Биологические основы лучевой терапии. Изменения химической структуры атомов и молекул, биологическое действие ИИ.

реферат , добавлен 15.01.2011


Механизм действия на организм ионизирующей радиации. Теория липидных радиотоксинов (первичных радиотоксинов и цепных реакций). Опосредованное действие радиации. Особенности патогенетического действия на организм различных видов лучистой энергии.

презентация , добавлен 28.09.2014


История открытия радиоактивности. Виды ионизирующего излучения. Последствия облучения для здоровья. Радиоактивные лечебные препараты. Аспекты применения радиации для диагностики, лечения, стерилизации медицинских инструментов, исследования кровообращения.

презентация , добавлен 30.10.2014


Общее понятие о квантовой электронике. История развития и принцип устройства лазера, свойства лазерного излучения. Низкоинтенсивные и высокоинтенсивные лазеры: свойства, действие на биологические ткани. Применение лазерных технологий в медицине.

реферат , добавлен 28.05.2015


Биологическое действие на организм ионизирующих излучений радиоактивного агента и нейтронного поражения. Острая и хроническая лучевая болезнь: периодичность течения, клинические синдромы. Костномозговая форма ОЛБ; диагностика, патогенез, профилактика.

презентация , добавлен 21.02.2016


Внезапное увеличение смертности под действием излучения. Гипотезы происхождения излучения и его идентификации. Источники биологически активных излучений земного происхождения, химические объекты и их влияние на видоизменение клеток живых организмов.

доклад , добавлен 16.12.2009


Иммунорегулирующее действие глюкокортикоидов, воздействие на организм. Влияние на обмен веществ, взаимоотношения с другими гормонами. Названия препаратов. Мощное противоаллергическое действие, противовоспалительный, антистрессовый, противошоковый эффект.

Реферат

Тема:БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ

План:

Введение

1 Прямое и косвенное действие ионизирующего излучения

2 Воздействие ионизирующего излучения на отдельные органы и организм в целом

3 Мутации

4 Действие больших доз ионизирующих излучений на биологические объекты

5. Два вида облучения организма: внешнее и внутреннее

Заключение

Литература

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ

Фактор радиации присутствовал на нашей планете с момента ее образования, и как показали дальнейшие исследования, ионизирующие излучения наряду с другими явлениями физической, химической и биологической природы сопровождали развитие жизни на Земле. Однако, физическое действие радиации начало изучаться только в конце XIX столетия, а ее биологические эффекты на живые организмы - в середине XX. Ионизационные излучения относятся к тем физическим феноменам, которые не ощущаются нашими органами чувств, сотни специалистов, работая с радиацией, получили радиационные ожоги от больших доз облучения и умерли от злокачественных опухолей, вызванных переоблучением.

Тем не менее, сегодня мировая наука знает 6 биологическом воздействии радиации больше, чем о действии любых других факторов физической и биологической природы в окружающей среде.

При изучении действия радиации на живой организм были определены следующие особенности:

Действие ионизирующих излучений на организм не ощутимо человеком. У людей отсутствует орган чувств, который воспринимал бы ионизирующие излучения. Существует так называемый период мнимого благополучия - инкубационный период проявления действия ионизирующего излучения. Продолжительность его сокращается при облучении в больших дозах.

Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться.

Излучение действует 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 0,002-0,005 Гр уже наступают изменения в крови.

Не каждый организм в целом одинаково воспринимает облучение.

Облучение зависит от частоты. Одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фракционированное.

1. ПРЯМОЕ И КОСВЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Радиоволны, световые волны, тепловая энергия солнца - все это разновидности излучений. Однако, излучение будет ионизирующим, если оно способно разрывать химические связи молекул, из которых состоят ткани живого организма, и, как следствие, вызывать биологические изменения. Действие ионизирующего излучения происходит на атомном или молекулярном уровне, независимо от того, подвергаемся ли мы внешнему облучению, или получаем радиоактивные вещества с пищей и водой, что нарушает баланс биологических процессов в организме и приводит к неблагоприятным последствиям. Биологические эффекты влияния" радиации на организм человека обусловлены взаимодействием энергии излучения с биологической тканью. Энергию непосредственно передаваемую атомам и молекулам биотканей называют прямым действием радиации. Некоторые клетки из-за неравномерности распределения энергии излучения будут значительно повреждены.

Одним из прямых эффектов является канцерогенез или развитие онкологических заболеваний. Раковая опухоль возникает, когда соматическая клетка выходит из под контроля организма и начинает активно делиться. Первопричиной этого являются нарушения в генетическом механизме, называемые мутациями. При делении раковая клетка производит только раковые клетки. Одним из наиболее чувствительных органов к воздействию радиации является щитовидная железа. Поэтому биоткань этого органа наиболее уязвима в плане развития рака. Не менее восприимчива к влиянию излучения кровь. Лейкоз или рак крови - один из распространенных эффектов прямого воздействия радиации. Заряженные частицы проникают в ткани организма, теряют свою энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами атомов Электрическое взаимодействие сопровождает процесс ионизации (вырывание электрона из нейтрального атома)

Физико-химические изменения сопровождают возникновение в организме чрезвычайно опасных "свободных радикалов".

Кроме прямого ионизирующего облучения выделяют также косвенное или непрямое действие, связанное с радиолизом воды. При радиолизе возникают свободные радикалы - определенные атомы или группы атомов, обладающие высокой химической активностью. Основным признаком свободных радикалов являются избыточные или неспаренные электроны. Такие электроны легко смещаются со своих орбит и могут активно участвовать в химической реакции. Важно то, что весьма незначительные внешние изменения могут привести к значительным изменениям биохимических свойств клеток. К примеру, если обычная молекула кислорода захватит свободный электрон, то она превращается в высокоактивный свободный радикал - супероксид. Кроме того, имеются и такие активные соединения, как перекись водорода, гидрооксил и атомарный кислород. Большая часть свободных радикалов нейтральна, но некоторые из них могут иметь положительный или отрицательный заряд.

Если число свободных радикалов мало, то организм имеет возможность их контролировать. Если же их становится слишком много, то нарушается работа защитных систем, жизнедеятельность отдельных функций организма. Повреждения, вызванные свободными радикалами, быстро увеличиваются по принципу цепной реакции. Попадая в клетки, они нарушают баланс кальция и кодирование генетической информации. Такие явления могут привести к сбоям в синтезе белков, что является жизненно важной функцией всего организма, т.к. неполноценные белки нарушают работу иммунной системы. Основные фильтры иммунной системы - лимфатические узлы работают в перенапряженном режиме и не успевают их отделять. Таким образом, ослабляются защитные барьеры и в организме создаются благоприятные условия для размножения вирусов микробов и раковых клеток.

Свободные радикалы, вызывающие химические реакции, вовлекают в этот процесс многие молекулы, не затронутые излучением. Поэтому производимый излучением эффект обусловлен не только количеством поглощенной энергии, а и той формой, в которой эта энергия передается. Никакой другой вид энергии, поглощенный биообъектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывает ионизирующее излучение. Однако природа этого явления такова, что все процессы, в том числе и биологические, уравновешиваются. Химические изменения возникают в результате взаимодействия свободных радикалов друг с другом или со "здоровыми" молекулами Биохимические изменения происходят как в момент облучения, так и на протяжении многих лет, что приводит к гибели клеток.

Наш организм в противовес описанным выше процессам вырабатывает особые вещества, которые являются своего рода "чистильщиками".

Эти вещества (ферменты) в организме способны захватывать свободные электроны, не превращаясь при этом в свободные радикалы. В нормальном состоянии в организме поддерживается баланс между появлением свободных радикалов и ферментами. Ионизирующее излучение нарушает это равновесие, стимулирует процессы роста свободных радикалов и приводит к негативным последствиям. Активизировать процессы поглощения свободных радикалов можно, включив в рацион питания антиокислители, витамины А, Е, С или препараты, содержащие селен. Эти вещества обезвреживают свободные радикалы, поглощая их в больших количествах.

2. ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОТДЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫ И ОРГАНИЗМ В ЦЕЛОМ

В структуре организма можно выделить два класса систем: управляющую (нервная, эндокринная, иммунная) и жизнеобеспечивающую (дыхательная, сердечно-сосудистая, пищеварительная). Все основные обменные (метаболические) процессы и каталитические (ферментативные) реакции происходят на клеточном и молекулярном уровнях. Уровни организации организма функционируют в тесном взаимодействии и взаимовлиянии со стороны управляющих систем. Большинство естественных факторов воздействуют сначала на вышестоящие уровни, затем через определенные органы и ткани - на клеточно-молекулярные уровни. После этого начинается ответная фаза, сопровождающаяся коррективами на всех уровнях.

Взаимодействие радиации с организмом начинается с молекулярного уровня. Прямое воздействие ионизирующего излучения, поэтому является более специфичным. Повышение уровня окислителей характерно и для других воздействий. Известно, что различные симптомы (температура, головная боль и др.) встречаются при многих болезнях и причины их различны. Это затрудняет установление диагноза. Поэтому, если в результате вредного воздействия на организм радиации не возникает определенной болезни, установить причину более отдаленных последствий трудно, поскольку они теряют свою специфичность.

Радиочувствительность различных тканей организма зависит от биосинтетических процессов и связанной с ними ферментативной активностью. Поэтому наиболее высокой радиопора-жаемостью отличаются клетки костного мозга, лимфатических узлов, половые клетки. Кровеносная система и красный костный мозг наиболее уязвимы при облучении и теряют способность нормально функционировать уже при дозах 0,5-1 Гр. Однако, они обладают способностью восстанавливаться и если не все клетки поражены, кровеносная система может восстановить свои функции. Репродуктивные органы, например, семенники, так же отличаются повышенной радиочувствительностью. Облучение свыше 2 Гр приводит к постоянной стерильности. Только через много лет они могут полноценно функционировать. Яичники менее чувствительны, по крайней мере, у взрослых женщин. Но однократная доза более 3 Гр все же приводит к их стерильности, хотя большие дозы при неоднократном облучении не сказываются на способности к деторождению.

Очень восприимчив к излучению хрусталик глаза. Погибая, клетки хрусталика становятся непрозрачными, разрастаясь, приводят к катаракте, а затем и к полной слепоте. Это может произойти при дозах около 2 Гр.

Радиочувствительность организма зависит от его возраста. Небольшие дозы при облучении детей могут замедлить или вовсе остановить у них рост костей. Чем меньше возраст ребенка, тем сильнее подавляется рост скелета. Облучение мозга ребенка может вызвать изменения в его характере, привести к потере памяти. Кости и мозг взрослого человека способны выдержать гораздо большие дозы. Относительно большие дозы способны выдерживать большинство органов. Почки выдерживают дозу около 20 Гр, полученную в течение месяца, печень - около 40 Гр, мочевой пузырь - 50 Гр, а зрелая хрящевая ткань - до 70 Гр. Чем моложе организм, тем при прочих равных условиях, он более чувствителен к воздействию радиации.

Видовая радиочувствительность возрастает по мере усложнения организма. Это объясняется тем, что в сложных организмах больше слабых звеньев, вызывающих цепные реакции выживания. Этому способствуют и более сложные системы управления (нервная, иммунная), которые частично или полностью отсутствуют в более примитивных особях. Для микроорганизмов дозы, вызывающие 50% смертности, составляют тысячи Гр, для птиц - десятки, а для высокоорганизованных млекопитающих - единицы (рис. 2.15).

3. МУТАЦИИ

Каждая клетка организма содержит молекулу ДНК, которая несет информацию для правильного воспроизведения новых клеток.

ДНК - это дезоксирибонуклеиновая кислота, состоящая из длинных, закругленных молекул в виде двойной спирали. Функция ее заключается в обеспечении синтеза большинства белковых молекул из которых состоят аминокислоты. Цепочка молекулы ДНК состоит из отдельных участков, которые кодируются специальными белками, образуя так называемый ген человека.

Радиация может либо убить клетку, либо исказить информацию в ДНК так, что со временем появятся дефектные клетки. Изменение генетического кода клетки называют мутацией. Если мутация происходит в яйцеклетке спермы, последствия могут быть ощутимы и в далеком будущем, т.к. при оплодотворении образуются 23 пары хромосом, каждая из которых состоит из сложного вещества, называемого дезоксирибонуклииновой кислотой. Поэтому мутация, возникающая в половой клетке, называется генетической мутацией и может передаваться последующим поколениям.

По мнению Э. Дж. Холла, такие нарушения можно отнести к двум основным типам: хромосомные аберрации, включающие изменение числа или структуры хромосом, и мутации в самих генах. Генные мутации подразделяются далее на доминантные (которые проявляются сразу в первом поколении) и рецессивные (которые могут проявиться в том случае, если у обоих родителей мутантным является один и тот же ген). Такие мутации могут не проявиться на протяжении многих поколений или не обнаружиться вообще. Мутация в самотической клетке будет оказывать влияние только на сам индивид. Вызванные радиацией мутации не отличаются от естественных, однако при этом увеличивается сфера вредного воздействия.

Описанные рассуждения основаны лишь на лабораторных исследованиях животных. Прямых доказательств радиационных мутаций у человека пока нет, т.к. полное выявление всех наследственных дефектов происходит лишь на протяжении многих поколений.

Однако, как подчеркивает Джон Гофман, недооценка роли хромосомных нарушений, основанная на утверждении "их значение нам неизвестно", является классическим примером решений, принимаемых невежеством. Допустимые дозы облучения были установлены еще задолго до появления методов, позволяющих установить те печальные последствия, к которым они могут привести ничего не подозревающих людей и их потомков.

4. ДЕЙСТВИЕ БОЛЬШИХ ДОЗ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

Живой организм очень чувствителен к действию ионизирующей радиации. Чем выше на эволюционной лестнице стоит живой организм, тем он более радиочувствителен. Радиочувствительность - многосторонняя характеристика. "Выживаемость" клетки после облучения зависит одновременно от ряда причин: от объема генетического материала, активности энергообеспечивающих систем, соотношения ферментов, интенсивности образования свободных радикалов Н и ОН.

При облучении сложных биологических организмов следует учитывать процессы, происходящие на уровне взаимосвязи органов и тканей. Радиочувствительность у различных организмов варьируется довольно широко (рис. 2.16).

Организм человека, как совершенная природная система, еще более чувствителен к радиации. Если человек перенес общее облучение дозой 100-200 рад, то у него спустя несколько дней появятся признаки лучевой болезни в легкой форме. Ее признаком может служить уменьшение числа белых кровяных клеток, которое устанавливается при анализе крови. Субъективным показателем для человека является возможная рвота в первые сутки после облучения.

Средняя степень тяжести лучевой болезни наблюдается у лиц, подвергшихся воздействию излучения в 250-400 рад. У них резко снижается содержание лейкоцитов (белых кровяных клеток) в крови, наблюдается тошнота и рвота, появляются подкожные кровоизлияния. Летальный исход наблюдается у 20% облученных спустя 2-6 недель после облучения.

При облучении дозой 400-600 рад развивается тяжелая форма лучевой болезни. Появляются многочисленные подкожные кровотечения, количество лейкоцитов в крови значительно уменьшается. Летальный исход болезни 50% .

Очень тяжелая форма лучевой болезни возникает при облучении дозой выше 600 рад. Лейкоциты в крови полностью исчезают. Смерть наступает в 100% случаев.

Описанные выше последствия радиационного облучения характерны для случаев, когда медпомощь отсутствует.

Для лечения облученного организма современная медицина широко применяет такие методы, как кровезамещение, пересадка костного мозга, введение антибиотиков, а также другие методы интенсивной терапии. При таком лечении возможно исключить смертельный исход даже при облучении дозой до 1000 рад. Энергия, излучаемая радиоактивными веществами, поглощается окружающей средой, в том числе и биологическими объектами. В результате воздействия ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биохимические процессы.

Ионизирующее воздействие нарушает в первую очередь нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ. В зависимости от величины поглощенной дозы излучения и индивидуальных особенностей организма вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми. При небольших дозах пораженная ткань восстанавливает свою функциональную деятельность. Большие дозы при длительном воздействии могут вызвать необратимое поражение отдельных органов или всего организма. Любой вид ионизирующих излучений вызывает биологические изменения в организме как при внешнем (источник находится вне организма), так и при внутреннем облучении (радиоактивные вещества попадают внутрь организма, например, с пищей или ингаляционным путем). Рассмотрим действие ионизирующего излучения, когда источник облучения находится вне организма.

Биологических эффект ионизирующего излучения в данном случае зависит от суммарной дозы и времени воздействия излучения, его вида, размеров облучаемой поверхности и индивидуальных особенностей организма. При однократном облучении всего тела человека возможны биологические нарушения в зависимости от суммарной поглощенной дозы излучения.

При облучении дозами, в 100-1000 раз превышающими смертельную дозу, человек может погибнуть во время облучения. Причем, поглощенная доза излучения, вызывающая поражение отдельных частей тела, превышает смертельную поглощенную дозу облучения всего тела. Смертельные поглощенные дозы для отдельных частей тела следующие: голова - 20 Гр, нижняя часть живота - 30 Гр, верхняя часть живота - 50 Гр, грудная клетка - 100 Гр, конечности - 200 Гр.

Степень чувствительности различных тканей к облучению неодинакова. Если рассматривать ткани органов в порядке уменьшения их чувствительности к действию облучения, 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 0,5 Гр через сутки после облучения может резко сократиться число лимфоцитов. Уменьшается также и количество эритроцитов (красных кровяных телец) по истечении двух недель после облучения. У здорового человека насчитывается порядка 10 4 красных кровяных телец, причем ежедневно вое-производится 10 .У больных лучевой болезнью такое соотношение нарушается и в результате организм погибает.

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 (рис. 2.17).

Внешнее облучение альфа-, а также бета-частицами менее опасно. Они имеют небольшой пробег в ткани и не достигают кроветворных и других внутренних органов. При внешнем облучении необходимо учитывать гамма- и нейтронное облучение, которые проникают в ткань на большую глубину и разрушают ее, о чем более подробно рассказывалось выше.

5. ДВА ВИДА ОБЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЗМА: ВНЕШНЕЕ И ВНУТРЕННЕЕ

Ионизирующее излучение может двумя способами оказывать воздействие на человека. Первый способ - внешнее облучение от источника, расположенного вне организма, которое в основном зависит от радиационного фона местности на которой проживает человек или от других внешних факторов. Второй - внутреннее облучение, обусловленное поступлением внутрь организма радиоактивного вещества, главным образом с продуктами питания.

Продукты питания, не соответствующие радиационным нормам, имеют повышенное содержание радионуклидов, инкорпорируются с пищей и становятся источником излучения непосредственно внутри организма.

Большую опасность представляют продукты питания и воздух, содержащие изотопы плутония и америция, которые обладают высокой альфа активностью. Плутоний, выпавший в результате Чернобыльской катастрофы, является самым опасным канцерогенным веществом. Альфа излучение имеет высокую степень ионизации и, следовательно, большую поражающую способность для биологических тканей.

Попадание плутония, а также америция через дыхательные пути в организм человека вызывает онкологию легочных заболеваний. Однако следует учесть, что отношение общего количества плутония и его эквивалентов америция, кюрия к общему количеству плутония, попавшего в организм ингаляционным путем незначительно. Как установил Беннетт, при анализе ядерных испытаний в атмосфере, на территории США соотношение выпадения и ингаляции равно 2,4 млн. к 1, то есть подавляющее большинство альфа-содержащих радионуклидов от испытаний ядерного оружия ушли в землю не оказав влияния на человека. В выбросах Чернобыльского следа наблюдались также частицы ядерного топлива, так называемые горячие частицы размером около 0,1 микрона. Эти частицы также могут проникать ингаляционным путем в легкие и представлять серьезную опасность.

Внешнее и внутреннее облучения требуют различные меры предосторожности, которые должны быть приняты против опасного действия радиации.

Внешнее облучение в основном создается гамма содержащими радионуклидами, а также рентгеновским излучением. Его поражающая способность зависит от:

а) энергии излучения;

б) продолжительности действия излучения;

в) расстояния от источника излучения до объекта;

г) защитных мероприятий.

Между продолжительностью времени облучения и поглощенной дозой существует линейная зависимость, а влияние расстояния на результат радиационного воздействия имеет квадратичную зависимость.

Для защитных мероприятий от внешнего облучения используются в основном свинцовые и бетонные защитные экраны на пути излучения. Эффективность применения материала в качестве экрана для защиты от проникновения рентгеновских или гамма-лучей зависит от плотности материала, а также от концентрации содержащихся в нем электронов.

Если от внешнего облучения можно защититься специальными экранами или другими действиями, то с внутренним облучением это сделать не представляется возможным.

Различают три возможных пути, по которым радионуклиды способны попасть внутрь организма:

а) с пищей;

б) через дыхательные пути с воздухом;

в) через повреждения на коже.

Следует отметить, что радиоактивные элементы плутоний и америций проникают в организм в основном с пищей или при дыхании и очень редко через повреждения кожи.

Как отмечает Дж. Холл, органы человека реагируют на поступившие в организм вещества исходя исключительно из химической природы последних, вне зависимости от того, являются они радиоактивными или нет. Химические элементы такие как натрий и калий, входят в состав всех клеток организма. Следовательно, их радиоактивная форма, введенная в организм, будет также распределена по всему организму. Другие химические элементы имеют склонность накапливаться в отдельных органах, как это происходит с радиоактивным йодом в щитовидной железе или кальцием в костной ткани.

Проникновение радиоактивных веществ с пищей внутрь организма существенно зависит от их химического взаимодействия. Установлено, что хлорированная вода увеличивает растворимость плутония, и как следствие инкорпорацию его во внутренние органы.

После того, как радиоактивное вещество попало в организм, следует учитывать величину энергии и вид излучения, физический и биологический период полураспада радионуклида. Биологическим периодом полувыведения называют время, которое необходимо для выведения из организма половины радиоактивного вещества. Некоторые радионуклиды выводятся из организма быстро, и поэтому не успевают нанести большого вреда, в то время как другие сохраняются в организме в течение значительного времени.

Период полувыведения радионуклидов, существенно зависит от физического состояния человека, его возраста и других факторов. Сочетание физического периода полураспада с биологическим, называется эффективным периодом полураспада - наиболее важным в определении суммарной величины излучения. Орган, наиболее подверженный действию радиоактивного вещества называют критическим. Для различных критических органов разработаны нормативы, определяющие допустимое содержание каждого радиоактивного элемента. На основании этих данных созданы документы, регламентирующие допустимые концентрации радиоактивных веществ в атмосферном воздухе, питьевой воде, продуктах питания. В Беларуси в связи с аварией на ЧАЭС действуют Республиканские допустимые уровни содержания радионуклидов цезия и стронция в пищевых продуктах и питьевой воде (РДУ-92). В Гомельской области введены по некоторым пищевым продуктам питания, например детского, более жесткие нормативы. С учетом всех вышеперечисленных факторов и нормативов, подчеркнем, что среднегодовая эффективная эквивалентная доза облучения человека не должна превышать 1 мЗв в год.

Биологическое действие радиации.

Действие ионизирующих излучений на живые орга­низмы изучают с тех пор, как французскому ученому Андре Беккерелю в1896 г. удалось открыть явление радиоактивности. К ионизирующим относятся рентгеновские и гамма-излучения проявляющиеся в виде порций энергии, или так называемых квантов.

Пролетая над оболочкой атома, кванты и частицы способны вырывать из нее электрон. Лишившись отрица­тельно заряженного электрона, атомы и молекулы стано­вятся положительно заряженными ионами. Так в общих чертах происходит процесс ионизации атомов и молекул. Наряду с этим при взаимодействии ионизирующих излу­чений с растворителями биологических молекул (водой или жирами) возникают и другие продукты ионизации - свободные радикалы (активные фрагменты молекул), обладающие одним или двумя не спаренными электро­нами.

Ионы и радикалы в силу своей высокой реактивности способны вступать в сложные химические реакции с дру­гими молекулами, а сверх того выбитые радиацией элек­троны могут вызывать все новые и новые акты ионизации. Такая цепь событий приводит обычно к различным дест­руктивным изменениям макромолекул, из которых по­строены живые системы.

Удивительно различной оказалась чувствительность к радиации биологических макромолекул, находящихся в пробирке (вне организма) и в составе живых клеток. Повреждение 0,001-0,1% ДНК, практически не улавли­ваемое вне организма, приводит к катастрофе, если эти макромолекулы находятся в составе живой клетки. Та­кое различие возможно объяснить прежде всего двумя причинами. Во-первых, макромолекулы ДНК, из кото­рых состоят гены, уникальны. Они содержатся в ядре клетки в количестве одной, двух или нескольких копий. Значит, повторяемость их ограничена. Во-вторых, в жи­вой клетке и в целом организме существуют разного ро­да механизмы, многократно усиливающие первоначаль­ный эффект. Это усиление проявляется, например, в том, что изменение (мутация) всего лишь одного гена в поло­вой клетке в последующем - при оплодотворении ее и созревании плода - воспроизводит эту мутацию во всех клетках организма в форме отклонений в структуре и функциях.

Лимфоциты и другие клет­ки иммунной системы являются соматичес­кими клетками. Наиболее полно изучен процесс гибели соматических клеток в результате облучения. Различают две основные разновидности гибели клеток при их контакте с радиа­цией: репродуктивную (в момент деления клеток) и интерфазную (в период покоя - между предшествую­щим и последующим делением).

В обоих случаях глав­ная причина гибели клеток кроется в нарушении хромо­сом, а точнее, разрыва молекул ДНК. Каждая хромосома состоит из двух нитей ДНК. В зависимости от мощно­сти радиации разрыв может произойти в одной или в обеих нитях ДНК.

Единичные разрывы одной нити легко залечиваются (восстанавливаются). Для этого в клетке "существует специальная репарационная система с набо­ром восстановительных ферментов. А если происходит одновременный разрыв обеих нитей. В этом случае нити разъединяются, репарация становится клетка, как правило, погибает. При интенсивном облучении погибают любые делящиеся клетки (репродуктивная гибель), и прежде всего те, которые имеют двухнитевой разрыв ДНК. Интерфазная гибель связана с процессом созревания «покоящихся» клеток и является уделом лишь немногих типов кле­ток, в число которых входят лимфоциты. Интерфазные клетки погибают быстро - в течение первых суток после облучения. Механизмы ее реализации не до конца изуче­ны. Существует представление, что интерфазная ги­бель – это ускорение естественной, генетически запрограммированной гибели клеток. Первоначально под влиянием фермента эндонуклеазы разрушается ДНК, а вслед за этим происходит невосстанавливаемое нарушение це­лостности клеточных мембран. Такая форма гибели на­блюдаете не только при радиационном облучении, но и при действии на клетку УФ-лучей, кортикостероидных гормонов и некоторых лекарств. Следовательно, фактор радиации не имеет каких-либо особых отличий от физио­логических факторов, запускающих биологические про­цессы. Вероятно, клетки способны переводить любые молекулярные события, возникшие под действием раз­личных внешних факторов, на стандартный язык внутри­клеточных сигналов.

Репродуктивная и интерфазная формы гибели облучаемых клеток являются причиной радиационного поражения высших организмов. При этом в связи с гибелью лимфо­цитов опустошаются органы иммунной системы поочеред­но в две волны. Раннее опустошение возникает в резуль­тате интерфазной гибели. Более позднее наступает попричине репродуктивной гибели клеток. Репродуктивной гибели, как было сказано, подвержены все интенсивно., обновляющиеся ткани. В их число входят кроветворная, иммунная, генеративная ткани, слизистые ткани кишечника и т.д. Именно их поражение составляет наиболь­шую часть патологического процесса, который называют лучевой болезнью .

Более целостную картину общего лучевого пораже­ния организма в зависимости от дозы мы рассмотрим с помощью табл.1.

Табл.1 Шкала биологических эффектов при общем облучении

Одна­ко и на данной схеме шкала биологических эффектов пострадиационного действия минимальна. Помимо этих эффектов, имеются и другие - различные нарушения функций иммуноцнтов, количественного соотношения различных форм иммуноцнтов при их кооперативных взаимодействиях, радиационное старение облученных органов, иммунной системы и т. д.

При этом следует сказать, что для всех ионизирующих излучений принято различать три дозы Поглощенную дозу определяют по количеству, энергии, поглощенной облучаемым объектом, и выражают в греях. Экспозиционную определяют по ио­низационному эффекту в воздухе при нормальных условиях и обозначают «кулон на кг» Эквивалентную определяю по биологическим эффектам и выражают в зивертах.

В таблице № 2 приведены единицы измерения ука­занных доз в международной системе единиц--СИ и соотношение их с внесистемными (производными) еди­ницами.

Особо следует оговорить соотношение единиц поглощенной, экспозиционной и эквивалентной доз для гамма- и рентгеновского излучений, где 1 Гр=1 ЗБ, а 1 рад= 1 бэр. В связи с тем что степень поражаемости (радиочувствительность) биологических объектов определяется поглощенной дозой излучения и восприим­чивостью данного объекта к действию радиации, дозы на рис. 1 в основном тексте выражены нами в греях.

Радиационное поражение иммунной системы

Для того чтобы разобраться в особенностях действия радиации на различные звенья иммунной системы, нам необходимо ответить на вопрос - каким образом определяют радиочувствительность биологических объектов. Считают, что радиочувствительность зависит от поглощенной дозы и восприимчивости биологического объекта к радиации. Ее оценивают на разных биологических уровнях по-разному.

Радиочувствительность на уровне организма, к при­меру, оценивают с помощью,ЛД 50/30 - летальной дозы, вызывающей гибель 50% облученных организмов в тече­ние 30 дней после облучения; на уровне клеток с помо­щью дозы, обозначаемой Д 37 . Дело в том, что радийочувствительность клеток удобнее : всего измерять в дозах, при которых на одну клетку в среднем приходится одно смертельное попадание частиц или квантов энергии. Но из-за того что попадания распределяются случайно, не­которые клетки поражаются дважды или трижды, а дру­гие вообще остаются непораженными. По законам статистики таких непораженных клеток оказывается -37%. Поэтому Д 37 взята за критерий оценки радночувствительности клеток. Для гибели клеток любых типов в мо­мент деления Д 37 примерно одинакова и составляет 1 Гр. Аналогичная доза и для лимфоцитов, вступающих в деление. Чувствительность интерфазных (покоящихся) клеток разнообразнее, поэтому Д 37 для них варьирует от 0,5 до 3 Гр.

Если говорить о дозе, то радиационная гибель клеток заметно проявляется в пределах 1 Гр. По мере уве­личения дозы число погибающих клеток нарастает вплоть до 6-7 Гр. После этого в организме остаются только радиоустойчнвые клетки лимфоидных тканей - макрофаги, элементы стромы (эпителъные и соединительнотканные клетки), составляющие каркас органов, а также некоторая часть функционально зрёлых лимфоци­тов, неуязвимых для радиации.

Если говорить о времени, то лимфоциты погибают в несколько этапов. Впервые сутки (спустя 6 - 12 часов) после облучения начинается интерфазная гибель клеток, которая приводит к весьма ощутимым последствиям. По мере гибели клеток уменьшаются размеры всех лимфоидных органов. Они как бы опустошаются, хотя их ткане­вый каркас сохраняется полностью. Вслед за этим начи­нается второй этап опустошения лимфоидных органов. Он идет в течение, последующих 3-4 суток, но значи­тельно медленнее. На этом этане причиной опустошения становится репродуктивная гибель делящихся клеток. Деление клеток в этом случае провоцируется притоком различных (микробных) антигенов, нашествие которых усиливается в связи с нарушением естественных барье­ров (кожи, слизистых тканей и т. д.).

Радиационное нарушений барьерных функций кожи и слизистых, строго говоря, не имеет прямого отно­шения к иммунной системе. Но это обстоятельство свидетельствует о том, насколько важны цело­стность и сохранение взаимосвязей различных систем для общей безопасности организма.

Радиационное нарушение естественных барьеров наводнение организма бактериальной флорой и пе­реход большинства лимфоцитов к делению создают са­мый драматический период в отношениях между лимфо­цитами м радиацией. Только через 3 - 4 дня меняется си­туация. При относительно переносимой дозе она меняет­ся к лучшему. Клетки, не задетые или слабо задетые ра­диацией; перейдя в фазу покоя, могут развиваться даль­ше, переходить в фазу зрелости, а в дальнейшем и вы­полнять свои иммунологические функции. Потомки В-лимфоцитов (антителопродуценты) начинают выде­лять антитела, Т-киллеры-активно разрушать клетки - мишени,а Т-хелперы - синтезировать и выделять необ­ходимые для межклеточного взаимодействия регуляторные белки (интерлейкины и т. д.).

На стадии функциональной зрелости лим­фоциты, как правило, устойчивы к радиации даже в дозе нескольких десятков греев. В этом состоянии им не гро­зит интерфазная гибель, а опасность репродуктивной гибели они миновали.

Однако ситуация меняется при полу­чении труднопереносимых доз облучения. Иммунной си­стеме очень трудно возместить колоссальные потери. Поэтому всякий раз, когда облученные лимфоциты ата­куются массой антигенов, на карту ставится не только жизнеспособность лимфоидных клеток, но и жизнь само­го организма.

Говоря об интерфазной и репродуктивной гибели лимфоцитов мы, по существу, обсуждаем радио­чувствительность двух фаз жизненного цикла этих кле­ток- фазы покоя и фазы деления, хотя фаза по­коя-понятие весьма относительное. В этот период жизненного цикла клетки либо дифференцируются, т. е созревают переходя от одной стадии развития к другой, либо, достигнув стадии зрелости; выполняют свои пря­мые функциональные обязанности. Как видим, радиочувствительность разных стадий развития может отличаться весьма значительно. Проил­люстрируем это на примере: Т-клеток. Самые юные фор­мы Т-клеток, ранние тимоциты и самые радиоустойчивые. Благодаря им организм, попадая в тяжелые ситуа­ции, оказывается небезоружным при восстановлении облученной популяции Т-клеток. Клетки следующей стадии- кортикальные тимоциты, напротив, самые радиочувствительные клетки иммуннои системы, а может.быть, и всего организма. Они необыкновенно хрупкие и поэто­му при любых стрессовых ситуациях поражаются первы­ми. Даже в норме большая их часть погибает, не выходя из тимуса. На следующей стадии развития, перед встре­чей с антигеном, клетки хотя и радиочувствительны еще, но намного меньше, чем корковые тимоциты.

При сравнительном изучении радиочувствительности иммуноцитов выявилось, что В-лимфоциты, ответствен­ные за образование антител более радиочувствительны, чем Т-лимфоциты, а среди них Т-хелперы. : (особенно те, которые участвуют в реакциях клеточного, а не гуморального иммунного ответа). Именно Т-лнмфоциты обна­руживаются среди немногочисленных выживших лимфо­цитов в лимфоидных органах после действия высоких доз радиации (десятки греев). Отметим, что популяций В-клеток более однородны по радиочувствительности, не­жели Т-клетки.

Отсюда и разная степень поражения клеточных и гуморальных форм иммунного ответы, ведь он определяется радиочувствительностью клеток, ответ­ственных за эти формы ответа-(рис. 1).

Рис1.Радиочувствительность различных типов иммунного ответа

Иммунологические реакции, в основе которых лежит ответ В-лимфоцитов (образование антител), сильнее страдают от радиации, чем Т – клеточные реакции. Более уязвимой оказывается антибактериальная защита, свя­занная с продукцией антител, и менее - противовирус­ная защита, зависимая от Т-лимфоцитов. Однако нет правил без исключения, о чем свидетельствуют и супрессорные клетки. Их нестимулироваиные антигенами пред­шественники ничем не отличаются по радиочувствитель­ности, от большей части других Т-клеток. После же контакта с антигенами и созревания в функционально ак­тивные формы Т-супрессоры оказываются в особом по­ложений. Вместо того чтобы после стимуляции стать радиоустойчивыми, они сохраняют довольно высокую радиочувствительность. Поэтому большая их часть поги­бает при дозах 4 - 6 Гр.

Довольно устойчивы к радиации естественные киллеры (ЕК-клеткик) ответственные за противоопухолевый иммунитет. Д 37 для них находится в пределах 7-8 Гр. Им не нужен предварительный контакт с антигенами, чтобы выполнить функцию клеток-убийц или приобрести радиоустойчивость.

Клетки памяти более радиоустойчивы, чем «девственные>, не контактировавшие с антигеном, лимфоциты. Этим объясняется большая радиоустойчивость вторичного иммунного ответа по сравнению с первичным иммун­ным ответом.

Однако разница между радиочувствитель­ностью девственных лимфоцитов и. клетками памяти не столь велика, чтобы, ею можно было объяснить различия между радиочувствительностью первичного и вторичного ответов. Этот процесс, оказалось, зависит не только от особенностей клеток, но и от высокой оснащенности вто­ричного ответа. Дело в том, что в наличии всегда оказы­вается гораздо больше клеток, чем требуется для эффек­тивного иммунного ответа. Поэтому гибель какого-то про­цента клеток до определенного момента почти не сказы­вается на уровне иммунного ответа.

При облучении очень уязвимыми оказываются все процессы, связанные с межклеточными контактами. Без кооперативного взаимодействия между Т-В-А- клетками практически, не обходится ни одна реакция иммунного ответа. Существует два вида межклеточного взаимодей­ствия - гуморальный (дистанционный) и клеточный (контактный). При облучении сильнее, поражается вто­рой, что связано со специфическим нарушением рецеп­торных систем клеточных мембран. Мы уже упоминали, что В-клетки не всегда способны в одиночку справиться с тем или иным очагом заболевания. И тогда к ним на помощь спешат Т-клетки, чтобы контактным способом завершить иммунный процесс. Однако очень часто про­цесс прерывается, так как чем сильнее задействованы межклеточные контакты в иммунных реакциях, тем силь­нее на них действует облучение. Иммунный ответ в значительной степени зависит от того, когда произошла встреча иммуноцитов с антигенами – до и после облучения. В эксперименте эти процессы изучают на животных, проводя их иммунизацию, т.е вводят им антигены.

При облучении, нарушается процесс, избирательного проникновения лимфоцитов из кровяного русла в лимфоидные органы. В этом случае нарушается, как говорят иммунологи «домашний нстинкт» лимфоцитов, т. е. их способность находить свой дом (лимфоидные органы). Причина – в нарушении мембранных систем распозна­вания этих клеток. Нарушается путь миграции лимфоцитов в лимфоузлы кишечника, дыхательных путей и т. д., хотя в селезенку путь, остается свободным, что объясня­ется своеобразным строением ее капилляров. Поэтому и возникает такая ситуация, когда лимфоциты беспрепятственно проникают в селезенку, но не могут мигрировать в лимфоузлы. А это для них очень важно, ибо именно в лимфоузлах они рекрутируются, призываются на службу для защиты организма от внешней и внутренней агрес­сии. Поэтому подавление иммунного ответа в лимфоуз­лах выражено сильнее, чем в селезенке.

После облучения иммунитет подавляется в результа­те поражения иммуноцитов и проявляется в снижении максимальных показателей иммунных реакций (титра антител, активности киллеров) и замедлении темпов по установлению «нового максимального уровня» этих пока­зателей. Все это оказывает вредное влияние на защит­имые функции, особенно от внешней биологической аг­рессии. Облученная иммунная система не в состоянии дать надлежащий отпор микробам, наполняющим орга­низм после облучения. Продукты жизнедеятельности микробов, оказывают на организм дополнительное иммунодепрессивное действие. Ситуация осложняется и тем, что наряду с патогенной флорой начинает активизиро­вать и проявлять патогенные свойства облигатная (безвредная или частично полезная) микрофлора, до того мирно обитавшая в дыхательном и пищеварительном трактах и на коже. Таким образом формируются вторичные иммунодефицитные состояния, причина которых так называемые оппортунистические инфекции.

Проблема перехода облигатных микробов в условно-патогенное состояние становится все более острой в свя­зи с ухудшением экологической обстановки в окружаю­щей нас среде. И роль радиации здесь, как мы знаем, значительна.

В радиационной иммунологии при обсуждении радио­чувствительности чаще всего речь идет о радиационной гибели клеток. В действительности же дело не исчерпывается только тем, выживет клетка или погибнет. Ведь выжившие после облучения клетки не всегда сохраняют свою функцию. Как правило, нарушается биоэнергетиче­ский потенциал клеток, работа ядерного аппарата, мем­бранных систем и т. д. Полное выздоровление у облученных клеточных популяций наступает редко, а восстановление их функциональных качеств обычно сопряжено с их количественным обновлением. Функциональные нару­шения без гибели более характерны для макрофагов и других вспомогательных клеток иммунной системы.

Не вызывает никаких сомнений снижение устойчиво­сти к возбудителям инфекций (инфекционного иммуните­та). А вот действие радиации на противоопухолевый им­мунитет сложнее. Хотя облучение и повышает частоту появления опухолей, однако развиваются они в более поздние сроки.

Кратко рассмотрим результаты радиационного воз­действия на аутоиммунные процессы. С первого взгляда кажется неожиданным: почему на фоне общего уровня аутоиммунных процессов активизируются реакции, на­правленные против антигенов собственных клеток и тка­ней. В норме терпимость (толерантность) к собственным антигенам надежно обеспечивается механизмами цен­тральных и периферических органов иммунной системы.

В момент созревания лимфоцитов на уровне централь­ных органов формируется первый щит - выбраковка клеточных клонов, направленных против собственных антигенов. Второй щит - запрет на реакции против своих антигенов осуществляется супрессорами, которые накла­дывают свое «вето» на конфликт между иммунной системой и клетками собственного тела. Но радиация, пора­жает оба щита, нарушает законы толерантности. В ре­зультате наблюдается деструкция тканей и органов тела, аутоантигены высвобождаются из-под влияния естест­венных взаимосвязей, ослабляется реакция на «чужое» и усиливается реакция на «свое». А это означает, что ра­диация не просто подавляет иммунитет она извращает согласованную работу иммунной системы, нарушает ос­новы ее деятельности..

Все рассказанное позволяет нам сделать следующие обобщения. Поражение клеток, приводящее к их гибели или снижению функциональной активности, - вот при­чина ослабления иммунитета. Самые радиочувствитель­ные - лимфоциты. Среди и субпопуляций и лимфоцитов существуют свои внутренние различия. В-лимфоциты более чувствительны к облучению, чем Т-лимфоциты. В пределах популяции Т-клеток обнаруживаются различия. Самые радиоустойчивые из них Т-хелпер, а самые радиочувствительные Т-суппрессоры. К радйоустойчивым принадлежат также естест­венные киллеры и магкрофаги. Большая часть лимфоци­тов при облучении гибнет в интервале от 0,5 до 6 Гр. В первые сутки гибнут в основном интерфазные клетки, а в следующие 3-4 суток (как правило, в присутствии антигена) гибнут делящиеся клетки.

Всё лимфоциты (кроме супрессоров) после контакта с антигеном и достижения зрелой (эффекторной) стадии приобретают повышенную радиоустойчивость. В резуль­тате облучения наиболее поражаемым оказывается противоннфекционный иммунитет. Противоопухолевый им­мунитет также поражается, но последствия обнаружива­ются лишь спустя продолжительное время. Аутоиммунитет в отличие от двух первых, напротив, усиливается. Несмотря на относительно высокую радиочувствительность лимфоцитов, иммунная система самая уязвимая среди других систем организма в пре­делах доз не выше среднелетальных именно от иммунной системы, ответственной за индивидуальную целостность конкретного организма.

Факторы влияющие на радиационное поражение. На конечный биологический эффект влияют различные факторы, которые в основном делятся на физические, химические и биологические. Среди физических факторов на первом месте стоит вид излучения,характеризуемый относительной биологической эффективностью. Различия биологического действия обусловлены линейным переносом энергии данного вида ионизирующего излучения, связанным с плотностью ионизации и определяющим способность излучения проникать в слои поглощающего его вещества. ОБЭ представляет величину отношения дозы стандартного излучения (изотоп 60Со или рентгеновское излучение 220 кВ) к дозе исследуемого излучения, дающей равный биологический эффект. Так как для сравнения можно выбрать множество биологических эффектов, для испытуемого излучения существует несколько величин ОБЭ. Если показателем пострадиационного действия берется катарактогенный эффект, величина ОБЭ для нейтронов деления лежит вдиапазоне 5-10 в зависимости от вида облученных животных, тогда как по важному критерию - развитию острой лучевой болезни - ОБЭ нейтронов деления равняется примерно 1. Следующим существенным физическим фактором является доза ионизирующего излучения, которая в Международной системе единиц (СИ) выражается в грэях(Гр). 1 Гр=100 рад, 1 рад=0,975 Р. От величины поглощенной дозы зависят развитие синдромов радиационного поражения и продолжительность жизни после облучения. При анализе отношения между дозой, получаемой организмом млекопитающего, и определенным биологическим эффектом учитывается вероятность его возникновения. Если эффект появляется в ответ на облучение независимо от величины поглощенной дозы, он относится к разряду стохастических. За стохастические принимаются, например, наследственные эффекты излучения. В отличие от них нестохастические эффекты наблюдаются по достиженииопределенной пороговой дозы излучения. В качестве примера можно указать помутнение хрусталика, бесплодие и др. В Рекомендациях Международной комиссии по радиологической защите (№ 26,1977 г.) стохастические и нестохастические эффекты определены следующим образом: «Стохастическими называют те беспороговые эффекты, для которых вероятность их возникновения (а не столько их тяжесть) рассматривают как функцию дозы. Нестохастическими называют эффекты, при которых тяжесть поражения изменяется в зависимости от дозы и, следовательно, для появления которых может существовать порог». Химические радиозащитные вещества в зависимости от их эффективности снижают биологическое воздействие излучений в лучшем случае в 3 раза. Предотвратить возникновение стохастических эффектов они не могут. К существенным химическим факторам, модифицирующим действие ионизирующего излучения, относится концентрация кислорода в тканях организма у млекопитающих. Его наличие в тканях, особенно во время гамма- или рентгеновского облучения, усиливает биологическое воздействие радиации. Механизм кислородного эффекта объясняется усилением главным образом непрямого действия излучения. Присутствие же кислорода в облученной ткани по окончании экспозиции дает противоположный эффект. Для характеристики облучения, наряду с величиной общей дозы, важноезначение имеет продолжительность экспозиции. Доза ионизирующей радиации независимо от времени ее действия вызывает в облученном организме одно и то же число ионизаций. Различие, однако, состоит в объеме репарации радиационного поражения. Следовательно, при облучении меньшей мощности наблюдается меньшее биологическое поражение. Мощность поглощенной дозы выражается в грэях за единицу времени, например Гр/мин, мГр/ч и т. д. Изменение радиочувствительности тканей организма имеет большоепрактическое значение. Данная книга посвящена радиопротекторам, а также веществам, снижающим радиочувствительность организма, однако это не означает, что мы недооцениваем исследования радиосенсибилизаторов; их изучение ведется прежде всего в интересах радиотерапии. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОЗАЩИТНЫХ ВЕЩЕСТВ Радиозащитный эффект обнаружен у целого ряда веществ различной химической структуры. Поскольку эти разнородные соединения обладают самыми различными, подчас противоположными свойствами, их трудно разделить по фармакологическому действию. Для проявления радиозащитного эффекта в организме млекопитающего в большинстве случаев достаточно однократного введения радиопротекторов. Однако имеются и такие вещества, которые повышают радиорезистентность лишь после повторного введения. Различаются радиопротекторы и по эффективности создаваемой ими защиты. Существует, таким образом, множество критериев, по которым их можно классифицировать. С практической точки зрения радиопротекторы целесообразно разделить по длительности их действия, выделив вещества кратковременного и длительного действия. 1. Радиопротекторы или комбинация радиопротекторов, обладающих кратковременным действием (в пределах нескольких минут или часов), предназначены для однократной защиты от острого внешнего облучения. Такие вещества или их комбинации можно вводить тем же особям и повторно. В качестве средств индивидуальной защиты эти вещества могут найти применение перед предполагаемым взрывом ядерного оружия, вхождением в зону радиоактивного загрязнения или перед каждым радиотерапевтическим местным облучением. В космическом пространстве они могут быть использованы для защиты космонавтов от облучения, вызванного солнечными вспышками. 2. Радиозащитные вещества длительного воздействия предназначены для более продолжительного повышения радиорезистентности организма. Для получения защитного эффекта, как правило, необходимо увеличение интервала после введения таких веществ примерно до 24 ч. Иногда требуется повторное введение. Практическое применение этих протекторов возможно у профессионалов, работающих с ионизирующим излучением, у космонавтов при долговременных космических полетах, а также при длительной радиотерапии.Поскольку протекторы кратковременного защитного действия чаще всегоотносятся к веществам химической природы, говорят о химической радиозащите. С другой стороны, длительное защитное действие возникает после введения веществ в основном биологического происхождения; это обозначают как биологическую радиозащиту. Требования к радиопротекторам зависят от места применения препаратов; вусловиях больницы способ введения не имеет особого значения. В большинстве случаев требования должны отвечать задачам использования радиопротекторов в качестве индивидуальных средств защиты. Согласно Саксонову и соавт. (1976)эти требования должны быть как минимум следующими: - препарат должен быть достаточно эффективным и не вызывать выраженных побочных реакций; - действовать быстро (в пределах первых 30 мин) и сравнительно продолжительно (не менее 2 ч); - должен быть нетоксичным с терапевтическим коэффициентом не менее 3; - не должен оказывать даже кратковременного отрицательного влияния на трудоспособность человека или ослаблять приобретенные им навыки; - иметь удобную лекарственную форму: для перорального введения или инъекции шприц-тюбиком объемом не более 2 мл; - не должен оказывать вредного воздействия на организм при повторных приемах или обладать кумулятивными свойствами; - не должен снижать резистентность организма к другим неблагоприятным факторам внешней среды; - препарат должен быть устойчивым при хранении, сохранять свои защитные и фармакологические свойства не менее 3 лет. Менее строгие требования предъявляются к радиопротекторам,предназначенным для использования в радиотерапии. Они усложняются, однако, важным условием - необходимостью дифференцированного защитного действия. Следует обеспечить высокий уровень защиты здоровых тканей и минимальный -тканей опухоли. Такое разграничение позволяет усилить действие местно примененной терапевтической дозы облучения на опухолевый очаг без серьезного повреждения окружающих его здоровых тканей.

РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ. ЗАКОН БЕРГОНЬЕ–ТРИБОНДО.

Радиочувствительность - чувствительность биологических объектов к повреждающему воздействию ионизирующего излучения. Количественная оценка радиочувствительности производится путем измерения поглощенных доз ионизирующего излучения, вызывающих определенный эффект. Во многих исследованиях она основывается на измерении дозы ионизирующего излучения, вызывающей гибель 50% облученных объектов (так называемая 50% летальная доза, или ЛД 50).

Многие реакции на облучение специфичны для определенных тканей и систем. Например, такая универсальная реакция клеток на облучение, как задержка деления, легко выявляется в активно пролиферирующих тканях и не может быть обнаружена в тканях, где клеточное деление выражено слабо или отсутствует. Поэтому для оценки радиочувствительности обычно используют такие четко регистрируемые реакции, как выживаемость (или гибель) клеток либо организмов.

Изучение механизмов поврежденного действия ионизирующего излучения и механизмов восстановления организмов от лучевых повреждений имеет большое значение для разработки методов противолучевой защиты и повышения эффективности лучевой терапии опухолей.

Диапазон видовых различий радиочувствительности организмов весьма широк и измеряется несколькими порядками. Не меньше различий радиочувствительности отмечается у разных клеток и тканей. Наряду с радиочувствительными (система крови, кишечник и половые железы) существуют так называемые радиоустойчивые или радиорезистентные системы и ткани (костная, мышечная и нервная).

Радиочувствительность варьирует в пределах одного вида в зависимости от возраста - возрастная радиочувствительность (так, наиболее радиочувствительными являются молодые и старые животные, наиболее радиорезистентными - половозрелые и новорожденные), от пола - половая радиочувствительность (как правило, самцы более радиочувствительны) и индивидуальная радиочувствительность у разных особей одной или той же популяции.

На популяционном уровне радиочувствительность зависит от следующих факторов:

особенности генотипа (в человеческой популяции 10 - 12% людей отличаются повышенной радиочувствительностью). Связано это с наследственно сниженной способностью к ликвидации разрывов ДНК, а также со сниженной точностью процесса репарации. Повышенная радиочувствительность сопровождает такие наследственные заболевания как атаксия-телеангиэктазия, пигментная ксеродерма.);

физиологическое (например, сон, бодрость, усталость, беременность) или патофизиологическое состояние организма (хронические заболевания, ожоги);

пол (мужчины обладают большей радиочувствительностью);

возраст (наименее чувствительны люди зрелого возраста).

Степень радиочувствительности варьирует не только в пределах вида. В пределах одного ор­ганизма клетки и ткани также различаются своей радиочувст­вительностью. Поэтому для правильной оценки последствий облучения орга­низма человека необходимо оценить радиочувствительность на различных уровнях.

На клеточном уровне радиочувствительность зависит от ряда факторов: организации генома, состояния системы репарации ДНК, содержания в клетке антиоксидантов, интенсивности окислительно-восстановительных процессов, активность ферментов, утилизирующих продукты радиолиза воды (например, каталаза, разрушающая перекись водорода, или супероксиддисмутаза, инактивирующая супероксидный радикал).

На тканевом уровне выполняется правило Бергонье –Трибондо: радио­чувствительность ткани прямо пропорциональна пролиферативной активно­сти и обратно пропорциональна степени дифференцировки составляющих ее клеток. Следовательно, наиболее радиочувствительными в организме будут интенсивно делящиеся, быстро растущие и мало специализированные ткани, например, кроветворные клетки костного мозга, эпителий тонкого кишечника и кожи. Наименее радиочувствительными будут специализированные слабо обновляющиеся ткани, например, мышечная, костная, нервная. Исключением являются лимфо­циты, отличающиеся высокой радиочув­ствительностью. В то же время ткани, резистентные к непосредственному действию ионизирующих излучений, оказываются весьма уязвимыми в отношении отдаленных последствий.

На уровне органов радиочувствительность зависит не только от радио­чувствительности тканей, составляющих данный орган, но и от его функций. Большинство тканей взрослого человека относительно мало чувствительны к действию радиации.

Биологическое действие ионизирующих излучений. Факторы, определяющие поражение организма.

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.

Для биологического действия ионизирующих излучений характерен ряд общих закономерностей:

1) Глубокие нарушения жизнедеятельности вызываются ничтожно малыми количествами поглощаемой энергии.

2) Биологическое действие ионизирующих излучений не ограничивается подвергнутым облучению организмом, но может распространяться и на последующие поколения, что объясняется действием на наследственный аппарат организма.

3) Для биологического действия ионизирующих излучений характерен скрытый (латентный) период, т. е. развитие лучевого поражения наблюдается не сразу. Продолжительность латентного периода может варьировать от нескольких минут до десятков лет в зависимости от дозы облучения, радиочувствительности организма. Так, при облучении в очень больших дозах (десятки тыс. рад ) можно вызвать «смерть под лучом», длительное же облучение в малых дозах ведёт к изменению состояния нервной и других систем, к возникновению опухолей спустя годы после облучения.

Большое значение имеют также возраст, физиологическое состояние, интенсивность обменных процессов организма, а также условия облучения. При этом, помимо дозы облучения организма, играют роль: мощность, ритм и характер облучения (однократное, многократное, прерывистое, хроническое, внешнее, общее или частичное, внутреннее), его физические особенности, определяющие глубину проникновения энергии в организм (рентгеновское, гамма-излучение, альфа- и бета-частицы), плотность ионизации (под влиянием альфа-частиц она больше, чем при действии других видов излучения). Все эти особенности воздействующего лучевого агента определяют относительную биологическую эффективность излучения. Если источником излучения служат попавшие в организм радиоактивные изотопы, то огромное значение для биологического действия ионизирующих излучений испускаемого этими изотопами, имеет их химическая характеристика, определяющая участие изотопа в обмене веществ, концентрацию в том или ином органе, а следовательно, и характер облучения организма.

Факторы, определяющие поражение организма :

1. Тип радиации. Все виды ионизирующей радиации могут оказать влияние на здоровье. Главное различие заключается в количестве энергии, определяющей проникающую способность альфа и бета частиц, гамма и рентгеновского излучения.

2. Размер полученной дозы. Чем выше доза полученной радиации, тем выше вероятность возникновения медико-биологических последствий.

3. Продолжительность воздействия радиации. Если доза получена в течение дней или недели, эффекты часто не такие серьезные, если подобная доза была получена в течение минут.

4 . Часть тела, подвергнутая действию. Конечности, такие как руки или ноги получают большее количество радиации с менее выраженными повреждением, чем кровь, формирующая органы, размещенные в пояснице.

5. Возраст человека. С возрастом человека замедляется деление клеток, и тело менее чувствительно к эффектам ионизирующей радиации. Как только деление клетки замедлилось, эффекты радиации несколько менее разрушительны чем тогда, когда клетки быстро делились.

6.  Биологические различия. Одни люди более чувствительны к эффектам радиации чем другие.

Особенности поражения организма в целом определяются двумя факторами: 1) радиочувствительностью тканей, органов и систем, непосредственно подвергающихся облучению; 2) поглощённой дозой излучения и её распределением во времени. Каждый в отдельности и в сочетании друг с другом эти факторы определяют преимущественный тип лучевых реакций (местные или общие), специфику и время проявления (непосредственно после облучения, вскоре после облучения или в отдаленные сроки) и их значимость для организма .

1 из 17

Презентация на тему:

№ слайда 1

Описание слайда:

№ слайда 2

Описание слайда:

План ВведениеПонятие «Биологическое действие радиации»Прямое и косвенное действие излученияВоздействие излучения на отдельные органы и организм в целомМутацииДействие больших доз излучений на биологические объектыДва вида облучения организма: внешнее и внутреннееКак защититься от радиации?Крупнейшие радиационные аварии и катастрофы в мире

№ слайда 3

Описание слайда:

Введение Фактор радиации присутствовал на нашей планете с момента ее образования. Однако, физическое действие радиации начало изучаться только в конце XIX столетия, а ее биологические эффекты на живые организмы - в середине XX. Излучения относятся к тем физическим феноменам, которые не ощущаются нашими органами чувств, сотни специалистов, работая с радиацией, получили радиационные ожоги от больших доз облучения и умерли от злокачественных опухолей, вызванных переоблучением. Тем не менее, сегодня мировая наука знает 6 биологическом воздействии радиации больше, чем о действии любых других факторов физической и биологической природы в окружающей среде.

№ слайда 4

Описание слайда:

Понятие «Биологическое действие радиации» Изменения, вызываемые в жизнедеятельности и структуре живых организмов при воздействии коротковолновых электромагнитных волн (рентгеновского излучения и гамма-излучения) или потоков заряженных частиц, бета-излучения и нейтронов.D - поглощенная доза; E- поглощенная энергия; m-масса тела

№ слайда 5

Описание слайда:

При изучении действия радиации на живой организм были определены следующие особенности: Действие ионизирующих излучений на организм не ощутимо человеком. У людей отсутствует орган чувств, который воспринимал бы ионизирующие излучения. Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться. Излучение действует 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 0,002-0,005 Гр уже наступают изменения в крови.Не каждый организм в целом одинаково воспринимает облучение.Облучение зависит от частоты.Одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фракционированное.

№ слайда 6

Описание слайда:

Прямое и косвенное действие излучения Радиоволны, световые волны, тепловая энергия солнца - все это разновидности излучений. Действие излучения происходит на атомном или молекулярном уровне, независимо от того, подвергаемся ли мы внешнему облучению, или получаем радиоактивные вещества с пищей и водой, что нарушает баланс биологических процессов в организме и приводит к неблагоприятным последствиям. Энергию непосредственно передаваемую атомам и молекулам биотканей называют прямым действием радиации. Некоторые клетки из-за неравномерности распределения энергии излучения будут значительно повреждены. Кроме прямого облучения выделяют также косвенное или непрямое действие, связанное с радиолизом воды.

№ слайда 7

Описание слайда:

Прямое действие излучения Одним из прямых эффектов является канцерогенез или развитие онкологических заболеваний. Раковая опухоль возникает, когда соматическая клетка выходит из под контроля организма и начинает активно делиться. Попадая в клетки, излучение нарушают баланс кальция и кодирование генетической информации. Такие явления могут привести к сбоям в синтезе белков, что является жизненно важной функцией всего организма, т.к. неполноценные белки нарушают работу иммунной системы. Наш организм в противовес описанным выше процессам вырабатывает особые вещества, которые являются своего рода "чистильщиками".

№ слайда 8

Описание слайда:

Косвенное действие излучения Кроме прямого ионизирующего облучения выделяют также косвенное или непрямое действие, связанное с радиолизом воды. При радиолизе возникают свободные радикалы - определенные атомы или группы атомов, обладающие высокой химической активностью. Если число свободных радикалов мало, то организм имеет возможность их контролировать. Если же их становится слишком много, то нарушается работа защитных систем, жизнедеятельность отдельных функций организма. Повреждения, вызванные свободными радикалами, быстро увеличиваются по принципу цепной реакции.

№ слайда 9

Описание слайда:

Воздействие излучения на отдельные органы и организм в целом В структуре организма можно выделить два класса систем: управляющую (нервная, эндокринная, иммунная) и жизнеобеспечивающую (дыхательная, сердечно-сосудистая, пищеварительная). Взаимодействие радиации с организмом начинается с молекулярного уровня. Прямое воздействие ионизирующего излучения, поэтому является более специфичным. Повышение уровня окислителей характерно и для других воздействий. Радиочувствительность организма зависит от его возраста. Небольшие дозы при облучении детей могут замедлить или вовсе остановить у них рост костей. Чем меньше возраст ребенка, тем сильнее подавляется рост скелета.

№ слайда 10

Описание слайда:

Мутации Каждая клетка организма содержит молекулу ДНК, которая несет информацию для правильного воспроизведения новых клеток.ДНК - это дезоксирибонуклеиновая кислота, состоящая из длинных, закругленных молекул в виде двойной спирали. Функция ее заключается в обеспечении синтеза большинства белковых молекул из которых состоят аминокислоты.

№ слайда 11

Описание слайда:

Радиация может либо убить клетку, либо исказить информацию в ДНК так, что со временем появятся дефектные клетки. Изменение генетического кода клетки называют мутацией. Мутация, возникающая в половой клетке, называется генетической мутацией и может передаваться последующим поколениям. Допустимые дозы облучения были установлены еще задолго до появления методов, позволяющих установить те печальные последствия, к которым они могут привести ничего не подозревающих людей и их потомков.

№ слайда 12

Описание слайда:

Действие больших доз излучений на биологические объекты Живой организм очень чувствителен к действию ионизирующей радиации. Чем выше на эволюционной лестнице стоит живой организм, тем он более радиочувствителен. "Выживаемость" клетки после облучения зависит одновременно от ряда причин: от объема генетического материала, активности энергообеспечивающих систем, соотношения ферментов, интенсивности образования свободных радикалов Н и ОН. Организм человека, как совершенная природная система, еще более чувствителен к радиации. Если человек перенес общее облучение дозой 100-200 рад, то у него спустя несколько дней появятся признаки лучевой болезни в легкой форме. Большие дозы при длительном воздействии могут вызвать необратимое поражение отдельных органов или всего организма.

№ слайда 13

Описание слайда:

Два вида облучения организма: внешнее и внутреннее Излучение может двумя способами оказывать воздействие на человека. Первый способ - внешнее облучение от источника, расположенного вне организма, которое в основном зависит от радиационного фона местности на которой проживает человек или от других внешних факторов. Второй - внутреннее облучение, обусловленное поступлением внутрь организма радиоактивного вещества, главным образом с продуктами питания. Внешнее и внутреннее облучения требуют различные меры предосторожности, которые должны быть приняты против опасного действия радиации.

№ слайда 14

Описание слайда:

Как защититься от радиации? Защита временем. чем меньше время пребывания вблизи источника радиации, тем меньше полученная от него доза облучения.Защита расстоянием заключается в том, что излучение уменьшается при удалении от компактного источника. То есть если на расстоянии 1 метра от источника радиации дозиметр показывает 1000 микрорентген в час, то на расстоянии 5 метров - около 40 мкР/час, вот почему часто источники радиации так сложно обнаружить. На больших расстояниях они «не ловятся», надо чётко знать место, где искать.Защита веществом. Необходимо стремиться к тому, чтобы между Вами и источником радиации было как можно больше вещества. Чем оно плотнее и чем его больше, тем значительнее часть радиации, которую оно может поглотить.

Описание слайда:

В атмосферу было выброшено 190 тонн радиоактивных веществ. 8 из 140 тонн радиоактивного топлива реактора оказались в воздухе. Другие опасные вещества продолжали покидать реактор в результате пожара, длившегося почти две недели. Люди в Чернобыле подверглись облучению в 90 раз большему, чем при падении бомбы на Хиросиму. В результате аварии произошло радиоактивное заражение в радиусе 30 км. Загрязнена территория площадью 160 тысяч квадратных километров. Пострадали северная часть Украины, Беларусь и запад России. Радиационному загрязнению подверглись 19 российских регионов с территорией почти 60 тысяч квадратных километров и с населением 2,6 миллиона человек.

№ слайда 17

Описание слайда:

11 марта 2011 года в Японии произошло самое мощное за всю историю страны землетрясение. В результате на АЭС Онагава была разрушена турбина, возник пожар, который удалось быстро ликвидировать. На АЭС Фукусима-1 ситуация сложилась очень серьезная - в результате отключения системы охлаждения расплавилось ядерное топливо в реакторе блока №1, снаружи блока была зафиксирована утечка радиации, в 10-километровой зоне вокруг АЭС проведенаэвакуация.