3. Последствия воздействия радиации на организм

Уже первые исследователи явления радиоактивности столкнулись с вредным воздействием ионизирующей радиации на организм человека. Так, в 1895 году помощник Рентгена В. Груббе получил радиационный ожог рук при работе с рентгеновскими лучами, французский ученый А. Беккерель, открывший радиоактивность, получил сильный ожог кожи от излучения радия. Мария Склодовская-Кюри умерла от злокачественного заболевания крови, поскольку часто подвергалась воздействию радиоактивного излучения.

Крупнейшие специалисты, обеспокоенные такими эффектами, создали в конце 20-х годов Международную комиссию по радиационной защите (МКРЗ), которая разрабатывает правила работы с источниками ионизирующих излучений. В 1955 году в рамках ООН был создан Научный Комитет по действию атомной радиации (НКДАР), координирующий и обобщающий исследования в этой области. Специалисты располагают большой информацией о действии ионизирующих излучений на человека и другие живые организмы.

Сегодня хорошо известно, что последствия действия радиации на организм зависят от величины дозы и продолжительности облучения (мощности дозы излучения), вида излучения, размеров облучаемой поверхности, возраста пораженного, а также от того, где находится источник излучения – вне организма, на его поверхности или внутри.

В табл. 8 представлены эффекты воздействия ионизирующего излучения на организм в зависимости от дозы и продолжительности облучения. Внешнее тотальное однократное равномерное облучение, превышающее 10 Гр, летально.

Следует отметить, что одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фракционированное, так как в интервалах между облучениями многие повреждения восстанавливаются благодаря работе репаративных систем.

На основании экспериментального материала можно считать, что скорость восстановления после лучевого поражения в день достигает 2,5 % накопленной дозы, а необратимая часть поражения составляет 10 % (т.е. через 40 дней после облучения остаточная доза равна 10 %, а не 0 %).

Например, человек получил дозу 200 бэр, т.е. через 40 дней у него остаточная доза 20 бэр. Через 50 дней он вновь получил дозу 200 бэр, т.е. имеет D = 220 бэр. Для оценки действия длительного облучения с учетом эффекта восстановления вводится понятие эффективная доза (не путать с дозой с учетом радиочувствительности тканей и органов). Она меньше суммарной дозы, полученной за этот период. С другой стороны, действие от малых доз может суммироваться или накапливаться – так называемый кумулятивный эффект.

Табл. 8. Радиационное воздействие и соответствующие

биологические эффекты

Воздействие
Доза, Зв	Мощность дозы или продолжительность	Облучение	Биологический эффект
0,003	В течение недели	О	Практически отсутствует
0,01	Ежедневно (в течение нескольких лет)	О	Лейкемия
0,015	Единовременно	Л	Хромосомные нарушения в опухолевых клетках (культура соответствующих тканей)
0,25	В течение недели	Л	Практически отсутствует
0,5-1	Накопление малых доз	Л	Удвоение мутагенных эффектов у одного поколения
2	Единовременно	О	Тошнота
3-5	—	О	СД50 для людей
4	—	Л	Выпадение волос (обратимое)
4-5	0,1-0,5 Зв/сут	О	Возможно излечение в стационарных условиях
6-9	3 Зв/сут или накопление малых доз	Л	Радиационная катаракта
10-25	2-3 Зв/сут	Л	Возникновение рака сильно радиочувствительных органов
25-60	2-3 Зв/сут	Л	Возникновение рака умеренно радиочувствительных органов
40-50	2-3 Зв/сут	Л	Дозовый предел для нервных тканей
50-60	2-3 Зв/сут	Л	Дозовый предел для желудочно-кишечного тракта

Примечание. О – общее облучение тела; Л – локальное облучение; СД₅₀ – доза, приводящая к 50 %-ной смертности среди лиц, подвергшихся облучению.

В зависимости от местонахождения источника облучение может быть внутренним и внешним (рис. 7). Внутреннее облучение возможно при вдыхании (ингаляционное), заглатывании радиоизотопов (инкорпорационное) и проникновении их в организм через кожу (перкутантное).

Рис. 7. Воздействие радиации на человека: 1. Внешнее облучение космическим излучением или при прохождении радиоактивного облака. 2. Внешнее облучение от радиоактивно загрязненных зданий, сооружений, грунта и т.д. 3. Контактное облучение от попавших на одежду и кожу радиоактивных веществ. 4. Внутреннее облучение при вдыхании радиоактивных газов и аэрозолей. 5. Внутреннее облучение при употреблении загрязненных продуктов питания и воды.

Табл. 9. Места накопления различных радионуклидов в организме

Орган	Накапливающиеся радионуклиды
Щитовидная железа	иод-131, иод-129
Кожа	сера-35
Печень	кобальт-60
Яичники	иод-131, кобальт-60, криптон-85, рутений-106, цинк-65, барий-140, калий-42, цезий-137, плутоний-239, иттрий-90
Мышцы	калий-42, цезий-137
Легкие	радон-222, уран-233, плутоний-238, криптон-85,
Селезенка	полоний-210
Почки	рутений-106,
Кости	радий-226, цинк-65, стронций-90, прометий-147, барий-140, торий-234, фосфор-32, углерод-14,цезий-137

Некоторые радионуклиды поглощаются и накапливаются в конкретных органах (табл. 9), что приводит к высоким локальным дозам радиации. Радиоактивные кальций, радий, стронций и другие элементы накапливаются в костях, изотопы йода вызывают повреждение щитовидной железы, редкоземельные элементы – преимущественно опухоли печени. Равномерно распределяются изотопы цезия, рубидия, вызывая угнетение кроветворения, атрофию семенников, опухоли мягких тканей.

При действии радионуклидов, распределяющихся равномерно, лучевые поражения протекают легче и имеют более благоприятный исход, чем при однократном общем внешнем облучении в сопоставимых суммарных дозах, т.к. при этом процесс облучения обычно растянут во времени, что уменьшает повреждающее действие облучения.

Внешнее облучение возникает при нахождении человека в зоне воздействия источников ионизирующего излучения, а также при контаминации – попадании радионуклидов на поверхность кожи.

При внутреннем облучении наиболее опасны α-излучающие изотопы (полония, плутония и т.д.), поскольку α-частицы имеют высокую удельную ионизационную способность. Особенно опасно их попадание в желудочно-кишечный тракт. Это приводит к гибели клеток кишечного эпителия, служащих защитным барьером для микроорганизмов, и, как следствие, – к инфекционным осложнениям как патогенными, так и условно-патогенными микроорганизмами.

Наибольшую опасность при внешнем облучении, благодаря высокой проникающей способности, представляют γ-лучи и нейтронное излучение. Последнее способно в результате ядерных превращений вызвать в организме человека наведенную радиоактивность. При контаминации наиболее опасны β-излучающие радионуклиды, способные вызвать так называемые лучевые β-ожоги, благодаря более высокой проникающей способности β-частиц, чем α.

Степень поражения организма зависит также от размеров облучаемой поверхности. С ее сокращением уменьшается и биологический эффект. Так, при облучении фотонами в дозе 4-5 Зв участка тела площадью 6 см² заметного поражения организма не наблюдается, а при облучении в такой же дозе всего тела 50 % пострадавших погибает.

Радиочувствительность человеческого организма особенно высока во внутриутробном периоде и в детстве. Облучение в эти периоды с большей вероятностью, чем у взрослых, ведет к возникновению лейкозов и злокачественных опухолей.

Облучение в первые недели после зачатия, даже очень небольшими дозами, может вызвать грубые физические пороки у будущего ребенка. Облучение хрящевой ткани детей может замедлить и остановить рост костей, приводит к деформациям скелета.

Внутриутробное облучение мозга ведет к рождению детей с тяжелой умственной отсталостью. Облучение мозга ребенка может вызвать изменения в его характере, ослабление памяти, а у очень маленьких детей – глубокое слабоумие.

Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням: детерминированные пороговые эффекты (острая лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).

Первые развиваются после получения организмом пороговой дозы облучения^, они носят острый характер и по времени наступления относятся к ранним радиационным поражениям. Вторые – поздние осложнения, которые могут развиться после облучения организма, казалось бы, в незначительных дозах. К ним относятся генетические и соматические последствия облучения.

При острых поражениях в первую очередь поражаются интенсивно делящиеся клетки^, в частности: кроветворные клетки костного мозга, гибель которых влечет за собой ослабление или даже полное подавление иммунной системы; клетки кишечного эпителия, что ведет к нарушениям водно-электролитного баланса, а также к кишечным коликам; волосяные луковицы, повреждение которых вызывает выпадение волос.

Острые поражения развиваются при однократном равномерном γ-облучении всего тела и поглощенной дозе выше 0,25 Гр. При дозе 0,25-0,5 Гр могут наблюдаться временные изменения в крови, которые быстро нормализуются. В интервале дозы 0,5-1,5 Гр возникает чувство усталости, менее чем у 10 % облученных может наблюдаться рвота, умеренные изменения в крови. При дозе 1,5-2,0 Гр наблюдается легкая форма острой лучевой болезни (табл. 10), которая проявляется продолжительной лимфопенией, в 30-50 случаев – рвота в первые сутки после облучения.

Табл. 10 .Характеристика лучевой болезни

Степень лучевой болезни	Доза радиации, Р	Течение болезни
		Первичная реакция			Скрытый период	Разгар болезни		Исход болезни (при лечении)
1	2	3			4	5		6
Легкая	100-200	Продолжительность 1-2 дня. Слабость, головная боль, тошнота, может быть рвота			Продолжительность 3-5 нед. Состояние вполне удовлетворительное	Состояние удовлетворительное. Слабость, головная боль, снижение аппетита, тошнота, утомляемость, головокружение, нарушение солевого обмена		Выздоровление через 1-2 мес., полное восстановление крови через 2-4 мес.
Средняя	200-300	Продолжительность 2-3 сут. Через 2-3 ч после облучения тошнота и рвота в течение 2-3 ч, слабость, головная боль, головокружение, понижение аппетита, расстройство желудка, эмоциональное возбуждение, переходящее в депрессию			Продолжительность 2-3 нед. Состояние удовлетворительное, но отмечаются слабость, нарушение сна	Продолжительность 2-3 нед. Выраженная общая слабость, головная боль, головокружение, бессонница, повышение температуры до 38 °С, кожные кровоизлияния, кровоточивость десен, инфекционные осложнения		Выздоровление через 2-3 мес., полное восстановление крови через 3-5 мес. В результате осложнений могут быть смертельные исходы

1

2

3

4

5

6

Тяжелая	300-600	Продолжительность 2-4 сут. Через 10-60 мин многократная неукротимая рвота в течение 4-8 ч, резкая слабость, головная боль, головокружение, жажда, потеря аппетита, расстройство желудка, потливость, повышение температуры до 39 °С	Продолжительность от 2 до 10 сут. Отмечаются слабость, снижение аппетита, нарушение сна, головные боли и т.д.	Продолжительность 2-3 нед. Общее состояние тяжелое, резкая слабость, озноб, повышение температуры до 40 °С, отказ от пиши, кровоизлияние и кровотечения, истощение и исхудание, инфекционно-септические осложнения	Выздоровление возможно при своевременном лечении через 5-10 мес. В тяжелых случаях смерть наступает через 10-36 сут.
Крайне тяжелая	Более 600	Через 10-15 мин. неукротимая рвота в течение 6 ч, затемнение сознания, понос, температура выше 39 °С	Отсутствует	Состояние тяжелое, сознание затемненное, лихорадка, рвота, понос, боли в животе, непроходимость кишечника с явлениями перитонита, резкое нарушение водно-солевого обмена	Смерть через 5-10 сут.

Лучевая болезнь средней тяжести возникает при дозе 2,5-4,0 Гр. Почти у всех облученных в первые сутки наблюдаются тошнота, рвота, резко снижается содержание лейкоцитов в крови, появляются подкожные кровоизлияния, в 20 % случаев возможен смертельный исход, смерть наступает через 2-6 недель после облучения.

При дозе 4,0-6,0 Гр развивается тяжелая форма лучевой болезни, приводящая в 50 % случаев к смерти в течение первого месяца. При дозах, превышающих 6,0 Гр, развивается крайне тяжелая форма лучевой болезни, которая почти в 100 % случаев заканчивается смертью вследствие кровоизлияния или инфекционных заболеваний. Приведенные данные относятся к случаям, когда отсутствует лечение. В настоящее время имеется ряд противолучевых средств, которые при комплексном лечении позволяют исключить летальный исход при дозах около 10 Гр.

Хроническая лучевая болезнь может развиться при непрерывном или повторяющемся облучении в дозах, существенно ниже тех, которые вызывают острую форму. Наиболее характерными признаками хронической лучевой болезни являются изменения в крови, ряд симптомов со стороны нервной системы, пневмосклероз (при ингаляции плутония-239), снижение иммунореактивности организма.

Среди других возможных острых радиационных последствий следует отметить лучевые ожоги, или радиационный дерматит. Радиационные ожоги возникают главным образом при контактном (свыше 6-10 ч) облучении участков кожи, загрязненных радионуклидами (преимущественно β-излучающими). Обычно при этом повреждается кожа, но могут быть вовлечены в процесс и глубжележащие ткани. Происходит первичная ионизация тканей и последующая дегенерация белка. Течение и тяжесть радиационных ожогов зависят от дозы облучения, однако более тяжело протекают лучевые ожоги кистей, стоп и голеней. Классификация и течение лучевых ожогов представлены в табл. 11.

Наиболее выражены изменения кожи в третьем периоде, когда на месте вторичной эритемы появляются пузыри, а затем некроз тканей, эрозии и язвы с подрытыми краями и грязно-серым дном.

При общем облучении организма проникающей радиацией и местном контакте радиоактивных веществ с кожей или местном облучении в дозе свыше 8 Гр возможно развитие комбинированного радиационного поражения – лучевой болезни и лучевого ожога. При такой комбинации развиваются синдром взаимного отягощения и другие осложнения, а также проявляются специфические особенности клинического течения, характерные для комбинированных радиационных поражений.

К острым радиационным последствиям также следует отнести помутнение хрусталика глаза, нарушения детородной функции, а также уродства новорожденных (тератогенез), мертворождения и выкидыши как следствие облучения эмбриона.

Табл. 11. Классификация местных лучевых поражений

(лучевых ожогов)

Доза, Гр	Степень тяжести	Фазы развития и их продолжительность
		Первичная реакция	Скрытый период	Период острого воспаления	Период восстановления	Отдаленные последствия
8-12	I - легкая	Эритема, отек в течение нескольких часов	До 15-20 суток	Вторичная эритема, отек, 10-15 суток	Шелушение эпидермиса на 25-30-е сутки	Сухость кожи, пигментные нарушения
12-20	II - средняя	Эритема, отек в течение 2-3 суток	До 10-15 суток	Вторичная эритема, отек, пузыри, язвы, длится 20-45 суток	Регенерация эпидермиса в течение 1-2 мес.	Возможны атрофия кожи, язвы, рецидивы язв
20-25	III - тяжелая	Эритема и отек выражены в течение 2-3 суток	До 5-7 суток	Вторичная эритема, отек, пузыри, язвы, резкая боль (продолжается месяцы)	Длительно незаживающие язвы	Глубокие язвы, дегенеративные изменения кожи
26-30 и более	IV - крайне тяжелая	Эритема, отек резко выражены с переходом в острое воспаление на 2-3-и сутки	Отсутствует	Отек, пузыри, некроз, гангрена, резкая боль возникают с 3-10-15-х суток	Гангрена через 15-45 суток	Ампутационные дефекты, контрактура, рецидивы язв с возможной их малигнизацией

Возникновение стохастических эффектов обусловлено мутациями, вызванными, в частности, изменениями в структуре молекулы ДНК^. Это приводит к образованию дочерних клеток с другим, отличным от материнских клеток, генетическим материалом.

Однако в любой клетке обнаружены непрерывно действующие процессы исправления химических повреждений в молекулах ДНК – репарации. Это указывает на высокую устойчивость генов по отношению к внешним воздействиям, в том числе и ионизирующим излучениям.

Если мутации происходят в генеративных (половых) клетках, это может приводить к появлению у облученных особей потомства с новыми признаками, чаще всего выраженными в виде различных врожденных пороков. Мутации в соматических клетках способствуют возникновению онкологических заболеваний.

Установлено, что не существует минимального уровня радиации, ниже которого мутации не происходит, т.е. генетические эффекты не имеют дозового порога^. Общее количество мутаций, вызванных ионизирующим излучением, пропорционально численности населения и средней дозе облучения. Проявление генетических эффектов мало зависит от мощности дозы, а определяется суммарной накопленной дозой независимо от того, получена она за 1 сутки или 50 лет. Генетические эффекты определяются только эффективной коллективной дозой (чел-Зв), а выявление эффекта у отдельного индивидуума практически не предсказуемо.

Для возникновения соматических эффектов также не существует пороговой величины дозы облучения, но, в отличие от генетических эффектов, соматические поражения не передаются потомству.

Важнейшими соматическими радиационными эффектами являются онкологические заболевания, развивающиеся, как правило, спустя годы и даже десятилетия после облучения. Наиболее часто встречаются: лейкемия, рак груди, рак легких и рак щитовидной железы. К другим поздним осложнениям относятся: нарушения роста и развития, преждевременное старение, ослабление иммунной системы, бесплодие, выкидыши.

Некоторые ученые считают, что ионизирующее излучение, как и другие постоянно действующие физические и химические факторы окружающей природной среды, в определенных пределах необходимы для нормальной жизнедеятельности.

Согласно их мнению, благоприятным воздействием на живые организмы, включая человека, обладают малые дозы ионизирующего излучения, свойственные природному радиационному фону, к которому за миллионы лет эволюции адаптирована жизнь на нашей планете.

Известно, что воздействие ионизирующей радиации в очень малых дозах стимулирует рост и развитие растений. Десятки тысяч больных улучшают состояние своего здоровья на таких всемирно известных курортах с источниками минеральных вод, обладающих повышенным содержанием радона, как Пятигорск, Белокуриха, Цхалтубо, Висбадет, Баден-Баден и другие. Оздоровительный эффект достигается путем кратковременного специально дозированного облучения больных радоном и дочерними продуктами его распада на уровне повышенного природного радиационного фона. Малые дозы вызывают активацию восстановительных репаративных процессов, благодаря чему ускоряется выздоровление^.

Опасность радиационного поражения имеет большое психологическое воздействие. Это воздействие настолько велико, что информация о радиоактивном поражении групп людей, заведомо не подвергавшихся радиоактивному облучению, вызывала у большинства первые признаки радиационного поражения.

К особым последствиям радиационных аварий можно отнести развитие психоневрологической болезни под названием «радиофобия» – чувства страха, боязни радиации. Особенно подвержены «радиофобии» люди, оказавшиеся на территориях, заражённых радиацией после аварии или иных выбросов радионуклидов. Способствует этому радиологическая неграмотность населения, административных чиновников, врачей, представителей средств массовой информации и прочих категорий людей, формирующих паническую социально-психологическую атмосферу.

Контрольные вопросы:

1. На какие процессы затрачивается энергия ионизирующего излучения при взаимодействии с веществом? Упругое и неупругое взаимодействие?

2. Как теория «мишени» и теория радикалов объясняют биологическое

действие ионизирующих излучений?

3. Как происходит действие ионизирующих излучений на молекулярном и

клеточном уровне?

4. От чего зависят последствия воздействия на организм?

5. Зависимость последствия воздействия ионизирующего излучения на

организм в зависимости от дозы и продолжительности облучения?

6. Какова скорость восстановления после облучения?

Сколько составляет необратимая часть поражения?

7. Какими путями осуществляется воздействия радиации на человека?

8. Причины и последствия накопления некоторых радионуклидов в организме?

9. Как зависят последствия облучения от вида излучения и характера

облучения?

10. Зависимость последствий облучения от размеров облучаемой поверхности и

возраста?

11. Детерминированные и стохастические эффекты воздействия радиации на

организм?

12. Характеристика лучевой болезни?

13. Лучевые ожоги?

14. Генетические и соматические последствия облучения?

15. Психологическое воздействие опасности радиационного заражения?