20553 (Ядерная опасность. Семипалатинский полигон), страница 6

Биологическое действие ионизирующего излучения условно можно подразделить на; 1) первичные физико-химические процессы, возникаю­щие в молекулах живых клеток и окружающего их субстрата; 2) нару­шений функций целого организма как следствие первичных процессов.

В результате облучения в живой ткани, как и в любой среде, погло­щается энергия и возникают возбуждение и ионизация атомов облучае­мого вещества. Поскольку у человека (и млекопитающих) основную часть массы тела составляет вода (около 75 %), первичные процессы во многом определяются поглощением излучения водой клеток, ионизацией молекул воды с образованием высокоактивных в химическом отноше­нии свободных радикалов типа ОН или Н и последующими цепными каталитическими реакциями (в основном окислением этими радикала­ми молекул белка). Это есть косвенное (непрямое) действие излучения через продукты радиолиза воды. Прямое действие ионизирующего излу­чения может вызвать расщепление молекул белка, разрыв наименее проч­ных связей, отрыв радикалов и другие денатурационные изменения.

Необходимо заметить, что прямая ионизация и непосредственная передача энергии тканям тела не объясняют повреждающего действия излучения. Так, при абсолютно смертельной дозе, равной для человека 6 Гр на все тело, в 1 см³ ткани образуется 10¹⁵ ионов, что составляет одну ионизованную молекулу воды из 10 млн. молекул.

В дальнейшем под действием первичных процессов в клетках воз­никают функциональные изменения, подчиняющиеся уже биологическим законам жизни и гибели клеток.

Наиболее важные изменения в клетках: а) повреждение механиз­ма митоза (деления) и хромосомного аппарата облученной клетки. При­чем самые ранние эффекты в клетках вызываются не митотической ги­белью, а обычно связаны с повреждением мембран; б) блокирование процессов обновления и дифференцировки клеток; в) блокирование процессов пролиферации и последующей физиологической регенерации тканей.

Наиболее радиочувствительными являются клетки постоянно обновляющихся (дифференцирующихся) тканей некоторых органов (костный мозг, половые железы, селезенка и т. п.) Причем стволовые и пролиферативные клетки, претерпевающие множество делений, наиболее радиочувствительны. Изменения на клеточном уровне, гибель клеток приводят к таким нарушениям в тканях, в функциях отдельных орга­нов и в межорганных взаимосвязанных процессах организма, которые вызывают различные последствия для организма или гибель организма.

ВОЗМОЖНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ОБЛУЧЕНИЯ ЛЮДЕЙ

Соматические (телесные) эффекты — это последствия воздействия облучения на самого облученного, а не на его потомство. Соматические эффекты облучения делят на стохастические (вероятностные) и нестохастические.

К нестохастическим соматическим эффектам относят поражения, вероятность возникновения и степень тяжести которых растут по мере увеличения дозы облучения и для возникновения которых существует дозовый порог. К таким эффектам относят, например, локальное незлокачественное повреждение кожи (лучевой ожог), катаракта глаз (потемнение хрусталика), повреждение половых клеток (кратковременная или постоянная стерилизация) и др. Время появления максимального эффекта также зависит от дозы: после более высоких доз он наступает раньше.

ЛУЧЕВАЯ БОЛЕЗНЬ ЧЕЛОВЕКА

Гибель клетки и утрата функций тканей и органов приводят к по­явлению клинических симптомов у облученного человека, называемых радиационными синдромами. В связи с различием в радиочувствитель­ности клеток, структуре и функциях каждой ткани дисфункция органов начинается в разные сроки и после различных доз. Теоретически при од­нородном облучении всего тела дозой, превышающей некоторый порог, можно выделить три основных синдрома; нервно-васкулярный, желудочно-кишечный и гематологический. На практике эти синдромы часто сливаются и их трудно распознать в отдельности.

Лучевую болезнь подразделяют на острую и хроническую. Течение лучевой болезни различной степени тяжести может проходить в стертой или явно выраженной форме, что зависит от суммарной дозы и ритма облучения.

В выраженной форме лучевой болезни четко различают период пер­вичной реакции, скрытый (латентный) период формирования болезни, восстановительный период и период отдаленных последствий и исходов заболевания.

Первоначальные явные симптомы облучения всего тела проявляются в течение первых 48 ч. К ним относятся желудочно-кишечные (анорексия, тошнота, рвота, диарея, кишечные спазмы, повышенное слюноотде­ление, дегидратация) и нервно-мышечные (чувство усталости, апатия, повышенное потоотделение, головные боли, гипотензия). Вероятность н длительность до момента проявления этих симптомов зависят от до­зы. Например, доза, вызывающая рвоту у 50 % облученных, составляет около 2 Гр, а период до ее появления примерно 3 ч; доза 3 Гр вызы­вает рвоту у 100 % облученных через 2 ч.

Дозы порядка нескольких грей приводят к костно-мозговому син­дрому и лейкопении. Концентрация лимфоцитов — самый ранний чувст­вительный симптом поражения крови, причем дозы 1—2 Гр снижают в их концентрацию примерно до 50 % нормы через 48 ч после облучения .

Время проявления первичной реакции зависит от дозы облучения. Лучевая болезнь возникает при дозе более 1 Гр у большинства постра­давших.

Латентный период—кажущееся клиническое благополучие—ко­леблется у человека от 14 до 32 сут в зависимости от тяжести поражения. При дозе существенно большей 10 Гр после первичной реакции почти сразу наступает последняя фаза болезни. При дозе менее 1 Гр клинические симптомы острой лучевой болезни не развиваются.

В период кажущегося клинического благополучия, как правило, уменьшается общая слабость, исчезает сонливость, улучшается аппетит, самочувствие становится вполне удовлетворительным. Однако эти улучшения находятся в явном противоречии с состоянием кроветворных ор­ганов (снижается число лейкоцитов и тромбоцитов в крови, опустоша­ется костный мозг), кожи, желудочно-кишечного тракта и гонад.

По степени тяжести острая лучевая болезнь разделяется на ряд групп в зависимости от дозы на все тело: I—легкая (1—2 Гр), И—средняя (2—1 Гр), III—тяжелая (4— 6 Гр), крайне тяжелая (6 Гр и более).

Радионуклиды, попавшие в организм человека, вызывают различные последствия, схожие с последствиями от внешнего облучения пр равных поглощенных дозах.

В зависимости от природы нуклида и особенностей его локализации в организме могут возникать радиационные поражения (гипопластическая анемия, пневмосклерозы, гепатиты, остеиты, опухоли различной локализации, лейкозы и т. п.).

Острая форма местного лучевого поражения (от локального облу­чения) характеризуется большой длительностью течения заболевания и может приводить к образованию рецидивирующих отеков, раку кожи.

Хроническая лучевая болезнь формируется постепенно при длительном облучении дозами, значительно превышающими предельно до­пустимые для профессионального облучения. Эта форма болезни может возникнуть как при общем облучении (внешнем или внутреннем) всего тела, так и при преимущественном поражении отдельных органов или систем организма. Период формирования хронической лучевой болезни совпадает со временем накопления дозы облучения. После снижения об­лучения до допустимого уровня или полного прекращения наступает пе­риод восстановления, а затем следует длительный период последствий хронической болезни.

Хроническая лучевая болезнь от общего облучения подразделяется на следующие степени:

I степень (легкая) характеризуется нерворегуляторными нарушени­ями сердечно-сосудистой системы и нестойкой умеренной лейкопенией и реже тромбоцитопенией.

При II степени (средней) наблюдается углубление нерворегуляторных нарушений с появлением функциональной недостаточности пище­варительных желез, сердечно-сосудистой и нервной системы, нарушение некоторых обменных процессов: стойкая умеренная лейко- и тромбоцитопения.

При III степени (тяжелой) появляется резкая лейко-, тромбоцитепения, развивается анемия, возникают атрофические процессы в слизис­той ЖКТ.

При длительном облучении отдельных органов хроническая лучевая болезнь характеризуется той или иной степенью их поражения. Только в наиболее тяжелых случаях в связи с недостаточностью функций по­раженного органа возникает комплекс вторичных изменений других ор­ганов и систем.

Отдаленными последствиями хронической лучевой болезни мот быть лейкоз, опухоли, гипопластическая анемия.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИОНУКЛИДОВ, ПОПАВШИХ ВНУТРЬ ОРГАНИЗМА, И ДОЗА ВНУТРЕННЕГО ОБЛУЧЕНИЯ

Повышенная опасность радионуклидов, попавших внутрь организ­ма, обусловлена несколькими причинами. Одна из них — способность некоторых нуклидов избирательно накапливаться в отдельных органах тела, называемых критическими (например, до 30 % иода депонируется в щитовидной железе, которая составляет только 0,03 % массы тела), и, таким образом, отдавать свою энергию относительно небольшому объему ткани. Другая причина — значительная продолжительность облучения до момента выведения нуклида из органа или уменьшения ак­тивности вследствие радиоактивного распада нуклида. Скорость биологического выведения (при допущении, что выведение радиоактивных ве­ществ из органов происходит по экспоненциальному закону) характери­зуется постоянной _б, а эффективная скорость—суммой постоянных эф = _б + р, где р—постоянная радиоактивного распада. Тогда эф­фективный период полувыведения нуклида из организма равен

Т_эф = 0,693/_эф == T_б Т_1/2 / Т_б + T_1/2,

Третья причина — рост опасности воздействия высокоионизирующих - и -излучений, которые не действенны или малодейственны для внутренних органов при внешнем облучении ввиду низкой проникаю­щей способности.

Рассматриваются три пути проникновения радиоактивных веществ в организм: через органы дыхания, через ЖКТ и через кожу или по­вреждения кожи. Этими путями нуклиды вначале попадают в кровь, а затем током крови разносятся по всему телу или преимущественно в критические органы.

В некоторых случаях критическим органом становится ЖКТ, его от­дельные участки, а также легкие. Наиболее опасен первый путь, поскольку за рабочую смену человек, как это рекомендуют принимать в расчетах НРБ —76/87, вдыхает за 6 рабочих часов 9 м³ воздуха (в целом за 1 сут 20 м³), а с пищей по­требляет только 2,2 л воды.

Кроме того, усвоение и отложение в организме нуклидов, попадаю­щих через органы дыхания, как правило, выше, чем при заглатывании. Усвоение через неповрежденную кожу в 200—300 раз меньше, чем че­рез ЖКТ, и не имеет существенного значения по сравнению с первыми двумя путями. Только оксид трития, а также нитрат уранила и изотопы иода легко проникают через кожу и всасываются в кровь.

ФОНОВОЕ ОБЛУЧЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА

Фоновое облучение человека создается космическим излучением, естественными и искусственными радиоактивными веществами, содержащимися в теле человека и в окружающей среде. Облучение от естественных источников превосходит облучение от многих других источников и является важным фактором мутагенеза, существенного для эволюции живых организмов в биосфере,

ДОЗА КОСМИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Космическое излучение подразделяют на галактическое излучение в солнечное, которое связано с солнечными вспышками. Солнечное кос­мическое излучение играет важную роль за пределами земной атмосфе­ры, но из-за сравнительно низкой энергии (примерно до 40 МэВ) не приводит к заметному увеличению дозы излучения на поверхности зем­ли. Следует различать первичные космические частицы, вторичные и фотонные излучения, которые образуются в результате взаимодействия первичных частиц с ядрами атомов атмосферы.

Первичные космические частицы составляют в основном протоны, а также более тяжелые ядра, обладающие чрезвычайно высокой энер­гией (отдельные частицы до 10¹⁹ эВ). Взаимодействуя с атмосферой Земли, эти частицы проникают до высоты 20 км над уровнем моря и об­разуют вторичное высокоэнергетическое излучение, состоящее из мезо­нов, нейтронов, протонов, электронов, фотонов и т. п.

Интенсивность космического излучения зависит от солнечной актив­ности, географического расположения объекта и возрастает с высотой над уровнем моря. Для средних широт на уровне моря до­за на открытой местности на мягкие ткани вследствие космического излучения (без нейтронной компоненты) составляет 0,28 мГр/год, ней­тронная компонента дает дополнительную дозу 3,5*10^-6 Гр/год. Если коэффициент качества облучения нейтронами при­нять равным шести то эффективная эквивалентная доза космического излучения составляет примерно 300 мкЗв/год.

ДОЗА ОТ ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ

В биосфере Земли содержится более 60 естественных радионукли­дов, которые можно разделить на две категории; первичные и космогенные. Первичные подразделены на две группы: радионуклиды уранорадиевого и ториевого рядов (табл. 3.2 и 3.3) и радионуклиды, нахо­дящиеся вне этих радиоактивных рядов.

В первую группу входит 32 радионуклида — продукты распада урана и тория; во вторую — 11 долгоживущих радионуклидов (⁴⁰К, ⁸⁷Rb и др.), имеющих T_1/2 от 10⁷ до 10¹⁵ лет.

Космогенные радионуклиды образуются в основном в атмосфере в результате взаимодействия протонов и нейтронов с ядра­ми N, О и Аr, а затем поступают на земную поверхность с атмосфер­ными осадками. К ним откосятся ³H, ¹⁴С, ⁷Be, ²²Na и др. (всего 14 ра­дионуклидов).

Внешнее -облучение человека от указанных естественных радио­нуклидов вне помещений (зданий) обусловлено их присутствием в раз­личных природных средах (почве, приземном воздухе, гидросфере и био­сфере). Основной вклад в дозу внешнего у-облучения дают у-излучаюшие нуклиды уранорадиевого и ториевого рядов, а также ⁴⁰К.

Главными источниками внешнего у-облучения в воздухе ториевой серии радионуклидов являются ²²⁸Th и ²³⁸Ас, а в урановом ряду 99 % дозы определяется у-излучением ²¹⁴Pb (RaB) и ²¹⁴Bi (RaC). По непо­средственным измерениям в ряде стран мощность поглощенной дозы в воздухе (на высоте 1 м) от радионуклидов, находящихся во внешней среде, колеблется в пределах от 3,7 до 9,4*10^-8 Гр/ч в зависимости от различных условий на местности.