7. Биологическое действие ионизирующих излучений

7.1. Пищевые цепочки

Пути миграции радионуклидов в организм человека различны и осуществляются, в основном, по следующим пищевым цепочкам:

– атмосфера – почва – растения – человек. В этом случае в организм че­ловека радионуклиды поступают с овощами, ягодами, злаками, грибами и т.д.;

– атмосфера – почва – растения – травоядные животные – молоко и мяс­ные продукты – человек. Из почвы радионуклиды поступают в корне­вую систему растений, а затем в вегетативные органы. Имеет место и поступление радионуклидов в организм животных с пищей; так корова слизывает за год до 600 кг земли, в т.ч. и загрязненной;

– атмосфера – растения – животные – молоко и мясные продукты – чело­век. В этом случае радионуклиды в растения поступают аэральным пу­тем, а затем уже в организм животных;

– атмосфера – вода открытых водоемов – фито– и зоопланктон и другие обитатели водоемов – рыбы – человек. Ракообразные, моллюски, водо­росли и вообще придонные животные загрязняются более сильно из–за сорбции радиоактивных веществ. В организм рыб поступают радионуклиды с пищей и через жабры;

– атмосфера – вода – человек. С водой поступает до 5% активности. Питьевая вода очищается довольно быстро, так как радиоактивные частицы оседают на дно водоемов.

Мясомолочные продукты – основные поставщики радиоактивности в организм человека. Если до аварии на ЧАЭС активность цезия–137 в моло­ке не превышала 0,3 Бк/л, то в мае 1986 г. на юге Гомельской области она составляла 330000 Бк/л. Загрязнение молока осенью 1986 г. в Гомельской области составило 3577 Бк/кг, а из–за глобаль­ных выпадений при испытаниях ядерного оружия на Новой Земле олене­воды приполярной тундры получили дозы в 100–1000 раз больше, чем ос­тальное население, т.к. основной корм оленей – ягель – является концентра­тором радиоактивных веществ.

7.2. Пути поступления радионуклидов в организм человека

Радиоактивные вещества могут попадать в организм человека тремя путями: через органы дыхания при вдыхании загрязненного радиоактив­ными аэрозолями воздуха, через желудочно–кишечный тракт с продукта­ми питания и водой, через кожу – резорбция через кожу. С воздухом в ор­ганизм человека поступает несколько более 1% радиоактивности. Примерно 5% попадает с питьевой водой. Основной опасностью является поступ­ление радионуклидов с пищей.

Наиболее важным и потенциально опасным является ингаляцион­ное поступление радионуклидов. Этому содействует большая дыхатель­ная поверхность альвеол, площадь которых достигает 100 м² и более. Кроме того, этот путь опасен и из–за более высокого коэффициента захвата и усвоения изотопов из воздуха.

Обмен радиоактивных элементов при поступлении их в легкие с вдыхаемым воздухом определяют три параметра:

– размер или дисперсность вдыхаемых частиц;

– склонность радионуклидов к гидролизу и комплексообразованию, от которых зависит путь и скорость их выведения из легких;

– период полураспада радионуклида.

При вдыхании воздуха содержащего радиоактивные вещества, частицы радиоактивной пыли задерживаются на всем протяжении дыхательных путей от носоглотки, полости рта до глу­боких альвеолярных отделов легких.

Чем меньше диаметр частиц, тем относительно меньше их задержи­вается в верхних дыхательных путях, бронхах и тем больше их проникает в альвеолярные отделы легких, т.е. в те области, где отсутствуют механиз­мы, которые способны выводить попавшие частицы через бронхи и трахею наружу.

Дальнейшая судьба радионуклидов, отложившихся в дыхательных путях, также связана с размерами радиоактивных частиц, их физико–химическими свойствами и транспортабельностью в организме. Вещества, хорошо растворяющиеся, за несколько десятков ми­нут всасываются в кровеносное русло, так как этому содействует широкое раз­витие сети капилляров, через которые происходит обмен газов в легких. Затем они в процессе обмена веществ откладываются в опреде­ленных органах и системах или выводятся из организма.

Вещества, слабо растворяющиеся и нерастворяющиеся, оседают в верхних дыхательных путях и выделяются вместе со слизью, после чего попадают в ЖКТ, где всасываются кишечной стен­кой.

Частицы, которые осели в альвеолярной части легочной ткани, или удаляются, либо мигрируют в лимфатиче­ские узлы легких, трахеи и выводятся из них в течение нескольких месяцев или лет.

Второй по значимости путь – поступление радионуклидов с пищей и водой. В организм поступает только некоторая часть радионуклидов, по­павших в кишечник, большая часть их проходит «транзитом» и удаляется из кишечника. Коэффициент всасывания — это доля вещества, которая поступает из ЖКТ в кровь. Например, соответственно, для трития, натрия, криптона, йода, цезия, ксенона – 1,0; стронция – 0,3; теллура – 0,25; урана, радия –0,2; бария, полония – 0,1; церия, висмута – 0,25; плутония – 0,0005. Радио­активные вещества, которые в ЖКТ всасываются в количестве менее 1% с коэффициентом всасывания менее 0,01 очень быстро удаляются с калом в течение 1–4 суток. Так как продолжительность контакта таких веществ с организмом небольшая и осуществляется только в период транзита, то значительные дозы излучения не успевают образоваться. Характерно, что пробег α– и β–частиц в биологических тканях небольшой – для α–частиц – десятки микрометров, для β–частиц – несколько миллиметров. Поэтому поглощение излучения происходит, в основном, в содержимом ЖКТ и значительно меньше в слизистой оболочке толстой кишки, но –кванты достигают и других внутренних органов, которые размещаются в брюшной полости и грудной клетке.

Часть радиоактивных элементов – лантаноиды, актиноиды, все эле­менты 3 группы и часть 4 и 5 групп ПСМ способны образовывать коллои­ды и плохо растворимые гидрооксиды, которые препятствуют всасыванию элементов в ЖКТ. Некоторые элементы этой группы связываются с внутренними органами и очень прочно удерживаются в тканях. Скорость их выведения из внутренних органов, в основном, обусловлена радиоактивным распадом.

Очевидно, что в случае поступления радионуклидов в организм с продуктами питания и водой, когда отдельные участки кишечника погло­щают значительную часть энергии излучаемых частиц, ЖКТ становится критическим органом.

Поступление радионуклидов через кожу. До недавнего времени считалось, что неповрежденная кожа является эффективным барьером для радионуклидов. Резорбция через неповрежденную кожу в 200–300 мень­шая, чем из ЖКТ. Сейчас известен целый ряд радионуклидов, которые проникают через кожу в составе жидких или газообразных соединений, особенно через порезы, царапины, ссадины.

Проницаемость кожи резко увеличивается при воздействии многих химически активных веществ. Например бензина, обезжиривающих растворителей и др. При повреждении рогового слоя кожи, играющего главную роль в барьер­ной функции кожи. Значительное влияние на интенсивность поглощения радионуклидов кожей оказывают температура и влажность воздуха.

Проникая в потовые, жировые железы, а также волосяные луковицы, радиоактивные вещества могут оставаться там достаточно долго. При проникновении в собственно кожу, радиоактивные вещества либо задерживаются в ней на длительное время, либо достигают кровенос­ных и лимфатических сосудов и течением лимфы и крови разносятся по всему организму, т.е. создают опасность облучения самой кожи и внутренних органов.