§ 41. Действие излучений на человека

Источники ионизирующих излучений. Ионизирующие излучения (ионизирующая радиация) являются обычным экологическим фактором среды. Все источники, действующие на живые организмы, можно разделить на три группы: естественное (природное) излучение; излучение искусственных радионуклидов; излучение источников, применяемых в медицине, быту и профессиональной деятельности человека (рис. 6.37). Первые две группы источников ионизирующей радиации действуют на все живые организмы, а последняя касается только облучения человека.

Естественное излучение всегда являлось обычной составной частью биосферы, абиотическим фактором, непрерывно действующим на организмы и образующим так называемый «естественный», или природный, радиоактивный фон (ПРФ). ПРФ формируется за счет космического излучения и излучения радионуклидов (РН), находящихся во внешней среде и внутри живых организмов (рис. 6.38).

Космическое излучение образуется галактическим излучением, приходящим из-за пределов Солнечной системы, и солнечным излучением. Галактическое является более мощным и играет основную роль в образовании дозы космического излучения на поверхности Земли. Солнечное излучение в основном задерживается и рассеивается в атмосфере. Суммарная интенсивность космического излучения зависит от географического положения объекта и возрастает с высотой над уровнем моря (рис. 6.39).

Радионуклиды, содержащиеся в земной коре, воде и атмосфере, определяют их естественную радиоактивность.

Насчитывается около 70 естественных радиоактивных изотопов и 25 химических элементов, которые делят на две категории: первичные — изначально входящие в состав земной коры ( 226 Ra (радий), 222 Rn (радон), 210Ро(полоний), 210РЬ(свинец), 40К(калий) и т.д.)» и космогенные — образующиеся в результате взаимодействия космического излучения с ядрами атомов элементов, входящих в состав атмосферы ( 3Н(тритий), 7Ве(бериллий), 22Ка(натрий), 14С(углерод), 32Р(фосфор), 86С1(хлор) и некоторые другие).

Искусственные радионуклиды появляются в результате деятельности человека. Изотопы для применения в медицине и научных исследованиях получают на специальных установках (циклотронах и т.п.) в ходе ядерных реакций, осуществляемых путем облучения обычных элементов частицами высоких энергий. В результате этих реакций получены изотопы всех химических элементов и даже новые химические элементы. Основными источниками, вызывающими появление радионуклидов в окружающей среде, являются испытания ядерного оружия, аварии на предприятиях атомной энергетики и радиоактивные отходы ядерных технологий.

Во многих странах успешно работают более 400 ядерных реакторов АЭС, которые практически не загрязняют окружающую среду даже в непосредственной близости к ним. Считается, что проживание вблизи ТЭС опаснее для здоровья человека, чем проживание около АЭС. Исключение составляют аварийные ситуации. При нарушении технологических процессов на каждом этапе, от добычи урановой руды до утилизации и захоронение радиоактивных отходов, имеется определенная доля опасности попадания РН в окружающую среду. Наиболее крупными считаются аварии на Южном Урале (Кыштымская, 1957г.), в г. Уиндскейл (Великобритания, 1957 г.), на АЭС в «Три Майл — Айленд» (США, 1979г.), Чернобыльской АЭС (1986г.) Авария на Чернобыльской АЭС является крупнейшей радиационной катастрофой. В результате взрыва на четвертом блоке станции были повреждены перекрытия, сорвана крыша со здания реактора, из открывшейся рабочей зоны реактора в атмосферу попало большое количество радиоактивных элементов. Около 70% радионуклидов, попавших в атмосферу, выпало на территории Беларуси (рис. 6.40).

К искусственным источникам ионизирующих излучений относятся источники, применяемые в медицине. Это в первую очередь рентгеновские лучи, используемые в диагностике многих заболеваний. В определенных ситуациях для диагностики используются и радиоизотопные методы. В этом случае в организм вводятся короткоживущие радиоактивные изотопы, с помощью которых проверяется функционирование органа или определяются места локализации и размеры опухолей. Аналогичный метод применяется и в терапии раковых заболеваний (химиотерапия). Для лечения злокачественных опухолей используется метод лучевой терапии (облучение опухолей специальными аппаратами, являющимися источниками ионизирующих излучений).

Внешнее и внутреннее облучение. Действие радиации на организм зависит от типа излучения (а, р, у), его энергии (мощности) и длительности воздействия. Тип и энергия излучения определяют его проникающую способность, а следовательно, и степень опасности (рис. 6.41). В зависимости от расположения относительно организма излучатели делятся на источники внешнего и внутреннего облучения.

Альфа-частица способна «пробежать» в воздухе несколько сантиметров, задерживается, например, листом бумаги и соответственно будет остановлена на уровне одежды. Частицы данного вида излучения практически не способны пройти через наружный слой эпидермиса (отмершие клетки кожи) и как источник внешнего облучения не представляют опасности. Бета-излучение обладает чуть большей проникающей способностью, его частицы способны пробегать в воздухе несколько метров (даже десятки), а в биологические ткани проникают на глубину 1—2 см. Наибольшей проникающей способностью обладает гамма-излучение, которое в воздухе распространяется на сотни метров от источника. Максимально ослабить это излучение можно только с помощью бетона и свинца (материалов, отличающихся большой плотностью). Гамма-излучение является самым опасным при внешнем облучении.

Практически все естественные и искусственные радионуклиды могут попадать в живые организмы с воздухом, водой и элементами питания. В этом случае они становятся внутренними источниками облучения. Опасность радионуклидов, оказавшихся внутри организма, обусловлена рядом факторов. Во-первых, степень радиационного воздействия радионуклидов зависит от времени их пребывания в организме. Периоды полураспада и полувыведения многих радионуклидов достаточно продолжительны, из-за чего организм подвергается облучению практически на протяжении всей жизни. Во-вторых, для ряда радиоактивных элементов характерна высокая степень избирательного накопления в специализированных органах и тканях. Например, до 30% изотопов йода накапливается в щитовидной железе, составляющей всего 0,03%

массы тела. Основная масса полония ( 210Ро) сосредоточена в тканях печени и почек. Таким образом, создаются сравнительно высокие дозы локального облучения. В-третьих, важной особенностью является увеличение опасности воздействия а- и ^-излучателей, которые из-за низкой проникающей способности не представляют опасности или малодейственны для внутренних тканей организма при внешнем облучении, но становятся сильнейшими источниками ионизирующей радиации при попадании внутрь организма.

Действие излучений на человека. Заболевания, вызываемые ионизирующими излучениями. Ионизирующие излучения обладают большой энергией, благодаря которой способны при взаимодействии с веществами ионизировать нейтральные атомы и молекулы. Это может привести к повреждению биологически значимых молекул, например ДНК, причем степень повреждения определяется дозовой нагрузкой.

Мелкие нарушения структуры ДНК (выпадение, замена одного или нескольких нуклеотидов) не приводят к заметным изменениям на клеточном уровне, однако если затрагиваются половые клетки, эти изменения могут передаваться потомкам, накапливаться в ряду поколений в виде рецессивных мутаций, увеличивая генетический груз популяции человека. Более крупные повреждения (хромосомные аберрации, слипание хромосом) могут привести к гибели клетки.

Клетка может погибнуть и в результате повреждения структуры цитоплазмы, что вызывает нарушение метаболизма клетки.

Реакция клетки на облучение зависит от фазы клеточного цикла (во время митоза вероятность повреждения больше). Наиболее подвержены действию радио активных излучений ткани, в состав которых входит большое количество делящихся клеток. Они образуют так называемые «критические системы» организма. Примером может служить система кроветворения, постоянно обновляющийся эпителий кишечника.

Более устойчивыми к действию излучения являются высоко специализированные клетки, например нервные. В зависимости от дозы облучения повреждению могут подвергаться все органы и системы органов человека.

Индивидуальная чувствительность человека зависит от множества факторов; в первую очередь — от возраста. Сформировавшийся организм более устойчив к действию радиации, чем формирующийся (детский, юношеский).

При остром лучевом поражении, которое вызывается общим облучением организма в больших дозах (наблюдается при ядерных взрывах и в случае аварий на ядерных установках), биологические эффекты радиации — гибель или различные формы лучевой болезни — проявляются в течение нескольких часов или дней после облучения.

При дозах, превышающих 100 Зв (Зиверт — единица эквивалентной дозы в системе СИ. 1 Зв соответствует поглощенной дозе 1 Дж/кг гамма-излучения), наступает мгновенная гибель (первые часы) из-за необратимого повреждения нервных клеток (церебральный синдром). Дозы 50—100 Зв приводят к смертельному исходу на 5—6-е сутки после облучения. Кишечная форма лучевого поражения (желудочно-кишечный синдром) наблюдается в диапазоне 10—50 Зв и приводит к гибели на 10—14-й день. Типичная форма лучевой болезни развивается при дозе 1—10 Зв. Причем, если не принять медицинских мер, доза 3—5 Зв приводит к смерти 50% облученных людей в течение 30 дней. Облученных больных помещают в стерильные условия, делают переливание крови, для восстановления системы кроветворения выполняют пересадку костного мозга. Все это сопровождается введением общеукрепляющих и противовоспалительных средств.

Типичными отдаленными последствиями перенесенной лучевой болезни являются астения (повышенная утомляемость), катаракта, повышенная восприимчивость к инфекционным заболеваниям за счет снижение иммунитета.

Радиоактивное облучение достоверно повышает риск возникновения рака, генетических повреждений и сокращает продолжительность жизни.

Первую позицию в группе раковых заболеваний, вызванных облучением, занимают лейкозы, пик которых, в зависимости от возраста, приходится на период от 5 до 25 лет после облучения (рис. 6.42). Несколько позже возникают рак молочной и щитовидной железы, легких и других органов. Риск генетических повреждений в первых двух поколениях, по оценкам специалистов, составляет около 40% от риска заболевания раком.

Проблема влияния на организм человека облучения «малыми дозами» особо остро встала перед специалистами после аварии на ЧАЭС. Для ее

решения требуется постоянное повсеместное обследование населения, наблюдение за состоянием здоровья участников ликвидации последствий аварии и людей, проживающих на загрязненных территориях. Уже на сегодняшний день отмечается рост случаев рака щитовидной железы, возрастание числа анемий, сердечных и других заболеваний, связанных с ослаблением иммунитета.

Естественное излучение является обычной составной частью биосферы, абиотическим фактором, непрерывно действующим на организмы и образующим природный радиоактивный фон, который формируется за счет космического излучения и излучения радионуклидов, находящихся во внешней среде и внутри живых организмов. Искусственные источники излучения появляются в результате деятельности человека. Биологический эффект радиации определяется дозовой нагрузкой и может наблюдаться на всех уровнях организации живых систем. Индивидуальная чувствительность человека к радиоактивному облучению зависит от возраста, психо-эмоционального состояния и т.д. Лучевое поражение в зависимости от дозы может привести к гибели, различным формам лучевой болезни, астении, катаракте, снижению иммунитета, сокращению продолжительности жизни, возрастанию риска появления рака, генетических повреждений.

1. Какие существуют источники ионизирующих излучений . 2. Из каких компонентов складывается природный радиоактивный фон ? 3. Где применяются источники искусственного ионизирующего излучения ? А . Каковы биологические последствия действия ионизирующих излучений на организм ? 5. В чем опасность внутреннего облучения организма ? 6. Какие заболевания вызывают ионизирующие излучения ?

Общая биология: Учебное пособие для 11-го класса 11-летней общеобразовательной школы, для базового и повышенного уровней. Н.Д. Лисов, Л.В. Камлюк, Н.А. Лемеза и др. Под ред. Н.Д. Лисова.- Мн.: Беларусь, 2002.- 279 с

Содержание учебника Общая биология: Учебное пособие для 11-го класса:

Глава 1. Вид - единица существования живых организмов

Глава 2. Взаимоотношения видов, популяций с окружающей средой. Экосистемы

Глава 3. Формирование эволюционных взглядов

Глава 4. Современные представления об эволюции

Глава 5. Происхождение и развитие жизни на Земле

Глава 6. Происхождение и эволюция человека

Глава 7. Биосфера и эволюция

Глава 8. Хозяйственная деятельность человека в биосфере

Общая биология: Учебное пособие для 11-го класса

Содержание учебника Общая биология: Учебное пособие для 11-го класса:

Учебники по биологии за 6 класс

Учебники по биологии за 7 класс

Учебники по биологии за 8 класс

Учебники по биологии за 9 класс

Учебники по биологии за 10 класс

Учебники по биологии за 11 класс