1. Первичные физико – химические процессы, возникают в молекулах живых клеток.

2. Нарушение функции целого организма как следствие первичных процессов.

Доза поглощенная (D) - величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу:

где de - средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме, а dm - масса вещества в этом объеме.

Энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему, деленной на массу этого объема. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм ( ), и имеет специальное название - грей (Гр). Использовавшаяся ранее внесистемная единица рад равна 0,01 Гр.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ.

Энергия, излучаемая радиоактивными веществами, поглощает­ся окружающей средой. В результате воздействия ионизирующе­го излучения на организм человека в тканях могут происходит! сложные физические, химические и биохимические процессы.

Поглощенная энергия от различных видов ионизирующих из­лучений вызывает ионизацию атомов и молекул вещества, в ре­зультате чего молекулы и клетки ткани разрушаются. Ионизация является одним из основных звеньев в биологическом действии излучений.

Известно, что 2/3 общего состава ткани человека составляют вода и углерод; вода под воздействием излучения расщепляется на водород Н и гидроксильную группу ОН, которые либо непосред­ственно, либо через цепь вторичных превращений образуют продукты с высокой химической активностью: гидратный окисел НО₂ и пере­кись водорода Н₂О₂ [1]. Эти соединения взаимодействуют с молеку­лами органического вещества ткани, окисляя и разрушая ее.

В результате воздействия радиации нарушается нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ в организме. В зависимости от величины поглощенной дозы излучения и от 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 облучении (источник на­ходится вне организма), так и при внутреннем облучении (радио­активные вещества попадают внутрь организма, например пероральным или ингаляционным путем).

Рассмотрим действие радиации, когда источник облучения находится вне организма.

Биологический эффект ионизирующего излучения зависит от величины суммарной дозы и времени воздействия излучения, от вида радиации, размеров облучаемой поверхности и индивидуальных особенностей организма.

При однократном облучении всего тела человека возможны сле­дующие биологические нарушения в зависимости от суммарной поглощенной дозы излучения [2]:

0— 25 рад — видимых нарушений нет;

25— 50 рад — возможны изменения в крови;

50 —100 рад—изменения в крови, нормальное состояние трудоспособности нарушается;

100—200 рад — нарушение нормального состояния, возможна потеря трудо­способности;

200—400 рад — потеря трудоспособности, возможен смертельный исход;

400—500 рад смертельные случаи составляют 50% общего числа постра­давших;

600 рад и более — смертельные случаи достигают 100% общего числа пост­радавших.

При облучении дозами, в 100—1000 раз превышающими смер­тельную дозу, человек может погибнуть во время облучения.

Поглощенная доза излучения, вызывающая поражение от­дельных частей тела, а затем смерть, превышает смертельную по­глощенную дозу облучения всего тела. Смертельные поглощенные дозы для отдельных частей тела следующие:

Голова —2000 рад

Нижняя часть живота — 3000 рад

Верхняя часть живота — 5000 рад.

Грудная клетка—10000 рад

Конечности — 20000 рад

Степень чувствительности различных тканей к облучению не­одинакова. Если рассматривать ткани органов в порядке уменьше­ния их чувствительности к действию радиации, 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 от 50 рад через день после облучения может резко сократиться число лимфоцитов (продолжительность жизни которых и без того незна­чительна — менее одного дня). Уменьшится также и количество эритроцитов (красных кровяных телец) по истечении двух недель после облучения (продолжительность жизни эритроцитов пример­но 100 дней). У здорового человека насчитывается порядка 1014 красных кровяных телец при ежедневном воспроизводстве 1012, у больного лучевой болезнью такое соотношение нарушается.

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.

Биологическая эффективность каждого вида ионизирующего излучения находится в зависимости от удельной ионизации. Так, например, α-частицы с энергией 3 Мэв образуют 40 000 пар ионов на 1 мм пути,β - частицы с такой же энергией — до четырех пар ионов. α-Частицы проникают через верхний покров кожи на глубину до 40 мкм, β-частицы — до 0,13 см.

Наружное облучение α-, а также β-частицами менее опасно. Они имеют небольшую величину пробега в ткани и не дости­гают кроветворных и других внутренних органов. При внешнем облучении необходимо учитывать γ- и нейтронное облучения, ко­торые проникают в ткань на большую глубину и разрушают ее.

Степень поражения организма зависит от размера облучаемой поверхности. С уменьшением облучаемой поверхности уменьшается и биологический эффект. Так, при облучении γ-квантами погло­щенной дозой 450 рад участка тела площадью 6 см1 заметного поражения организма не наблюдалось, а при облучении такой же дозой всего тела было 50% смертельных случаев.

Индивидуальные особенности организма человека проявляются лишь при небольших поглощенных дозах. Чем человек моложе, тем выше его чувствительность к облучению, особенно высока она у детей. Взрослый человек в возрасте 25 лет и старше наиболее устойчив к облучению.

Известен ряд веществ, которые частично защищают организм от радиации. К ним относятся, например, азид и цианид натрия, вещества, содержащие сульфогидридные группы. Механизм дейст­вия этих препаратов изучен пока недостаточно.

При попадании радиоактивных веществ внутрь организма по­ражающее действие оказывают в основном α-источники. а затем β- и γ-источники, т. е. в обратной наружному облучению последо­вательности. α -Частицы, имеющие наибольшую плотность иони­зации, разрушают слизистую оболочку, которая является слабой защитой внутренних органов по сравнению с наружным кожным покровом.

Радиоактивные вещества могут попасть внутрь организма при вдыхании воздуха, зараженного радиоактивными элементами, с зараженной пищей или водой и, наконец, через кожу, а также при заражении открытых ран.

Попадание твердых частиц в дыхательные органы зависит от степени дисперсности частиц. Из проводившихся над животными опытов установлено, что частицы пыли размером менее 0,1 мкм ведут себя так же, как и молекулы газа, т. е. при вдохе они попа­дают вместе с воздухом в легкие, а при выдохе вместе с воздухом удаляются. В легких может оставаться только самая незначитель­ная часть твердых частиц. Крупные частиц размером более 5 мкм почти все задерживаются носовой полостью.

Гораздо чаще вследствие несоблюдения правил техники безопас­ности радиоактивные вещества попадают в организм через пищева­рительный тракт. Проникновение радиоактивных загрязнений че­рез раны или через кожу можно предотвратить, если соблюдать соответствующие меры предосторожности. Опасность радиоактив­ных элементов, попадающих тем или иным путем в организм чело­века, тем больше, чем выше их активность. Небольшие активности оказывают незначительное воздействие, и организм может быстро заменить разрушенные клетки.

Степень опасности зависит также от скорости выведения вещест­ва из организма. Если радиоактивные изотопы, попавшие внутрь организма, однотипны с элементами, которые потребляются челове­ком с пищей (натрий, хлор, калий и др.), то они не задерживаются на длительное время в организме, а выделяются вместе с ними.

Инертные радиоактивные газы (аргон, ксенон, криптон и др.), попавшие через легкие в кровь, не являются соединениями, входя­щими в состав ткани. Поэтому они со временем полностью удаляются из организма.

Некоторые радиоактивные вещества, попадая в организм, рас­пределяются в нем более или менее равномерно, другие концентри­руются в отдельных внутренних органах. Так, например, в костных тканях отлагаются источники α- излучения — радий, уран, плутоний; β- излучения — стронций и иттрий; γ-излучения — цирконий.
Эти элементы, химически связанные с костной тканью, очень трудно выводятся из организма. Продолжительное время удержи­ваются в организме также элементы с большим атомным номер (полоний, уран и др.). Элементы, образующие в организме легкораст­воримые соли и накапливаемые в мягких тканях, легко удаляются из организма.

На скорость выведения радиоактивного вещества большое влияние оказывает период полураспада данного радиоактивного вещества Т. Если обозначить 7'6иш период биологического полувы­ведения радиоактивного изотопа из организма, то эффективный период полураспада, учитывающий радиоактивный распад и био­логическое выведение, выразится следующей формулой:

Эта формула выведена из соотношения

где — эффективная постоянная радиоактивного распада и вы­ведения; λ — постоянная распада данного радиоактивного изотопа;  — постоянная выведения данного радиоактивного изотопа (доля данного радиоактивного изотопа, выводимая за единицу времени).

может значительно от Т и , но если , то , и если , то

Основными особенностями биологического действия ионизирующих излучений являются:

1. Действия ионизирующих излучений на организм не ощутимы человеком. У людей отсутствует орган чувств, который восприни­мал бы ионизирующие излучении. Поэтому человек может прогло­тить, вдохнуть радиоактивное вещество без всяких первичных ощущений. Дозиметрические приборы являются как бы дополнительным органом чувств, предназначенным для восприятия ионизи­рующего излучения.

2. Видимые поражения кожного покрова, недомогание, харак­терные для лучевого заболевания, появляются не сразу, а спустя некоторое время.

3. Суммирование доз происходит скрыто. Если в организм человека систематически будут попадать радиоактивные вещества, то со временем дозы суммируются, что неизбежно приводит к лу­чевым заболеваниям.

ЛУЧЕВЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ

Заболевания, вызванные радиацией, могут быть острыми и хроническими. Различают также подострую форму лучевого забо­левания, под которой понимают затянувшуюся форму острого за­болевания или обострение хронического.

Острые поражения наступают при облучении большими дозами в течение короткого промежутка времени. При сверхмощных по­глощенных дозах излучения, порядка нескольких тысяч рад, особо выделяют молниеносную форму лучевой болезни.

Характерной особенностью острой лучевой болезни является цикличность ее протекания, в которой схематично можно выделить четыре периода: первичной реакции, видимого благополучия - «скрытый период», разгара болезни и выздоровления.

В период первичной реакции через несколько часов после об­лучения большими дозами появляются тошнота, рвота, голово­кружение, вялость, учащенный пульс, иногда повышается темпера­тура на 0,5—1,5°. Анализ крови показывает абсолютный лейкоци­тоз (увеличение белых кровяных телец).

В период видимого благополучия болезнь протекает скрыто. Продолжительность этого периода находится в прямой зависимости от поглощенной дозы излучения (от нескольких дней до двух не­дель). Обычно чем короче скрытый период, тем тяжелее исход заболевания.

В период разгара болезни у пострадавших появляется тошнота и рвота, понос, недомогание, поднимается высокая температура (40—41°). Появляется кровотечение из десен, носа и внутренних органов. Количество лейкоцитов резко снижается. Смертельный исход чаще всего наступает между двенадцатым и восемнадцатым днями после облучения.

Период выздоровления наступает через 25—30 дней после облу­чения. Далеко не всегда происходит полное восстановление орга­низма. Очень часто вследствие перенесенного облучения наступает раннее старение, обостряются прежние заболевания [2].

Хронические поражения ионизирующими излучениями бывают как общими, так и местными. Развиваются они всегда в скрытой форме в результате систематического облучения большими дозами (больше предельно допустимого значения) как за счет внешней радиации, так и за счет попавших внутрь организма радиоактивных веществ.

Различают три степени хронической лучевой болезни. Для пер­вой, легкой, степени лучевой болезни характерны незначительные головные боли, вялость, слабость, нарушение сна и аппетита. При второй степени болезни указанные признаки заболевания усили­ваются, возникают нарушения обмена веществ, сосудистые и сердеч­ные изменения, наблюдается расстройство пищеварительных орга­нов, кровоточивость и др. Третья степень болезни характеризуется еще более резким появлением перечисленных симптомов. Нару­шается деятельность половых желез, происходят изменения цент­ральной нервной системы, наблюдаются кровоизлияния, выпадение волос.

Большие поглощенные дозы излучения могут также поражать кожные покровы, вызывая острые и хронические лучевые ожоги.

Различают четыре степени острого поражения кожных покровов. Первая степень (легкая) характеризуется временным выпадением волос, шелушением кожи и последующей пигментацией. Восстанов­ление наступает через 2 месяца. Вторая степень (средняя) харак­теризуется отеком кожи и ее зудом, чувством жара. Примерно через 14 дней появляется эритема и происходит выпадение волос. Третья степень характеризуется появлением на 6—10-й день после облуче­ния накожных пузырей. Четвертая степень — на 3—4-й день после облучения происходит изменение цвета кожи и образуются пузы­ри, которые приводят к появлению долго не заживающих ран.

При хроническом заболевании кожи также могут быть разные степени поражения.

При легких поражениях изменяется окраска кожи, повышается температура и потоотделение. Восстановление длится 2 месяца и более. Средние поражения связаны с изменением поверхностного слоя кожи и основы соединительных тканей. Восстановление длит­ся до четырех месяцев. Тяжелые поражения характеризуются изме­нением формы ногтей, волосяных гнезд. Кожа на месте поражения становится сухой, сглаживается рисунок отпечатка пальцев, ногти легко ломаются. На пальцах выпадают волосы, образуются изъязв­ления, которые приводят к развитию злокачественной опухоли. К числу местных поражений относятся также катаракты глаз.

Любой вид ионизирующего излучения оказывает вредное гене­тическое действие на человека.

Каждая клетка человеческой ткани содержит 23 пары микроско­пических нитевидных хромосом. Каждая хромосома имеет до тысячи генов. Клетка ткани человека имеет более 20 000 генов. Они распола­гаются вдоль хромосом в линейном порядке. Гены представляют собой гигантские молекулы, каждая из которых содержит около млн. атомов. Согласно современным представлениям гены яв­ляются материальными носителями определенных наследственных признаков и определяют все унаследованные черты человека. На развитие каждого индивидуума влияют генотип и окружающая среда.

Гены чрезвычайно устойчивы: не изменяясь, переходят от одного поколения к другому. Время от времени, но очень редко гены пре­терпевают молекулярные изменения, в результате чего возникает новая разновидность первоначального гена, которая передается следующему поколению. Такие изменения в генах называются есте­ственными мутациями. Вероятность естественной мутации совершен­но ничтожна. Различные болезни или уродства, вызванные есте­ственной мутацией, проявляются в потомстве людей.

При воздействии ионизирующего излучения на любой живой организм гены в этом организме подвергаются мутациям, которые в отличие от естественных мутаций называются наведенными (ра­диацией) мутациями. Число наведенных мутаций под действием рентгеновского и γ - излучении или β-частиц прямо пропорцио­нально поглощенной дозе излучения.

Мутации почти всегда вредны для жизни, развития и воспроиз­водства новых поколений. Радиация оказывает вредное генетиче­ское действие, но в настоящее время еще нет возможности опреде­лить степень вредности этого действия.

Ионизационный метод.

Ионизационный метод регистрации излучений основан на ионизи­рующем действии излучений.

Под действием любого ионизирующего излучения в веществе (газе) из нейтральных атомов или молекул образуются ионы — частицы, несущие положительные или отрицательные электриче­ские заряды. Положительные ионы возникают в результате отрыва от атома, молекулы или группы молекул одного или нескольких внешних электронов. Такие электроны в зависимости от рода газа либо остаются свободными, либо присоединяются к нейтральным частицам газа, образуя отрицательные ионы. В обычных условиях образовавшиеся ионы существуют недолго, они рекомбинируют, т. е. вновь соединяются в нейтральные атомы и молекулы.

Наиболее подвижны ионы в газе. В электрическом поле они до­вольно быстро перемещаются к соответствующим электродам, вслед­ствие чего рекомбинация незначительна. При отсутствии источника излучения проводимость газа настолько мала, что практически ею можно пренебречь.

При работе с различными радиоактивными источниками прихо­дится измерять силу ионизационного тока от до  а. Такие незначительные по величине токи измерить даже самыми чувствительными гальванометрами не представляется возможным.

Ионизационные токи менее а измеряются: методом зарядки или разрядки известной емкости; методом компенсации и методом постоянного отклонения.

Для измерений во всех случаях применяются ионизационные камера или счетчик, служащий датчиком, и регистрирующая схема, содержащая чувствительный прибор (электроскоп, электрометр, электрометрическую схему).