2.10.3. Біологічна дія іонізуючих випромінювань

Механізм взаємодії випромінювання з речовиною залежить від властивостей середовища, виду та енергії випромінювання.

При вивченні дії випромінювання на організм людини були визначені наступні особливості:

• дія іонізуючих випромінювань на організм невідчутна людиною. У людей відсутні органи почуття, що сприймають іонізуючі випромінювання. Тому людина може проковтнути, вдихнути радіоактивну речовину без усяких первинних відчуттів. Дозиметричні прилади є як би додатковим органом почуттів, призначеним для сприйняття іонізуючого випромінювання;

• висока ефективність поглиненої енергії. Мала кількість поглиненої енергії випромінювання може викликати глибокі біологічні зміни в організмі;

• різні органи живого організму мають свою чутливість до опромінення. При щоденному впливі дози 0,002 - 0,005 Гр вже настають зміни в крові;

• наявність прихованого, чи інкубаційного, періоду прояву дії іонізуючого випромінювання. Цей період часто називають періодом удаваного благополуччя. Тривалість його скорочується зі збільшенням дози;

• дія від малих доз може підсумовуватися чи накопичуватися. Цей ефект називається кумуляцією;

• вплив опромінювання може проявляється безпосередньо на живому організмі у вигляді миттєвих уражень (соматичний ефект), через деякий час у вигляді різноманітних захворювань (соматично-стохастичний ефект), а також на його потомстві (генетичний ефект);

• не кожен організм у цілому однаково реагує на опромінення.

Іонізуюче випромінювання, впливаючи на живий організм, викликає в ньому ланцюжок зворотних і незворотних змін, що призводять до тих чи інших біологічних наслідків, залежно від виду, рівня опромінення, часу дії, розміру поверхні, яка опромінюється та властивостей організму. Первинним етапом —спусковим механізмом, що ініціює різноманітні процеси в біологічному об'єкті, є іонізація і порушення молекулярних зв’язків. У результаті впливу іонізуючого випромінювання порушується нормальний плин біохімічних процесів і обмін речовин в організм і блокується ділення клітин та процеси регенерації тканин. Відомо, що 2/3 загального складу тканини людини складають вода і вуглець. Вода під впливом випромінювання розщеплюється на водень Н і гідроксильну групу ОН, що безпосередньо, або через ланцюг вторинних цепних перетворень призводить до утворення продуктів з високою хімічною активністю: гідратного оксиду Н0₂ і перекису водню Н₂О_2. Ці з'єднання взаємодіють з молекулами органічної речовини тканини, окисляючи і руйнуючи її на клітинному рівні.

Залежно від величини поглиненої дози випромінювання та індивідуальних особливостей організму викликані зміни можуть бути зворотними чи незворотними. При невеликих дозах уражені тканини відновлюють свою функціональну діяльність. Великі дози при тривалому впливі можуть викликати незворотне ураження окремих органів чи всього організму.

Будь-який вид іонізуючих випромінювань викликає біологічні зміни в організмі як при зовнішньому (джерело знаходиться поза організмом), так і при внутрішньому опроміненні (радіоактивні речовини попадають усередину організму, наприклад пероральним чи інгаляційним шляхом). При попаданні в середину організму найбільш небезпечні речовини, які мають більшу іонізуючу здатність, тобто α і β випромінювачі. Зовнішнє опромінення α -, а також β-частками менш небезпечно. Вони мають невеликий пробіг у тканині і не досягають кровотворних і інших внутрішніх органів. При зовнішньому опроміненні необхідно враховувати - і нейтронне опромінення, які проникають у тканину на велику глибину і руйнують її.

Важливим фактором при впливі іонізуючого випромінювання на організм є тривалість опромінення. При одноразовому опроміненні всього тіла людини можливі біологічні порушення залежать від сумарної поглиненої дози випромінювання.

Поглинена доза випромінювання, що викликає ураження окремих частин тіла, а потім смерть, перевищує смертельну поглинену дозу опромінення всього тіла. Смертельні поглинені дози для окремих частин тіла наступні: голова — 20Гр, нижня частина живота — 30Гр, верхня частина живота — 50Гр, грудна клітка — 100Гр, кінцівки — 200 Гр. Променеві захворювання можуть початися вже при дозі в 1Гр. При загальному опроміненні за короткий термін доза 5- 6 Гр призводить до смертельного результату у 100% опромінених, якщо постраждалим не була вчасно надана спеціальна медична допомога.

Ступінь чутливості різних тканин до опромінення неоднакова. Якщо розглядати тканини органів у порядку зменшення їхньої чутливості до дії випромінювання, то одержимо наступну послідовність: зародкові клітини, червоний кістковий мозок, селезінка, легені, лімфатична тканина, зобна залоза. Велика чутливість кровотворних органів до радіації лежить в основі визначення характеру променевої хвороби. При одноразовому опроміненні всього тіла людини поглиненою дозою 0,5 Гр за добу після опромінення може різко скоротитися число лімфоцитів. Зменшиться також і кількість еритроцитів (червоних кров'яних тілець) по закінченні двох тижнів після опромінення. У здорової людини нараховується біля 10¹⁴ червоних кров'яних тілець і при щоденному відтворенні 10¹², у хворого променевою хворобою таке співвідношення порушується, і в результаті гине організм.

Ступінь ураження організму залежить від розміру поверхні, що опромінюється. Зі зменшенням поверхні, що опромінюється, зменшується і біологічний ефект. Так, при опроміненні фотонами поглиненою дозою 4 Гр ділянки тіла площею 6 см² помітного ураження організму не спостерігалося, а при опроміненні такою ж дозою всього тіла було 50% смертельних випадків.

Радіоактивні речовини можуть потрапити всередину організму при вдиханні повітря, забрудненого радіоактивними елементами, із забрудненою їжею чи водою, через шкіру, а також при зараженні відкритих ран. Набагато частіше внаслідок недотримання вимог безпеки радіоактивні речовини попадають в організм через травний тракт.

Небезпека радіоактивних джерел, що попадають тим чи іншим шляхом в організм людини, тим більше, чим вище їх активність. Ступінь небезпеки залежить також від швидкості виведення речовини з організму. Період напіввиведення Т_нв, тобто термін за який активність нукліда в організмі зменшиться у два рази, для калію – 40 Т_нв = 58 діб; цезію – 137 Т_нв = 70 діб; для стронцію – 90 Т_нв = 1,810⁴ діб.

Деякі радіоактивні речовини, потрапляючи в організм, розподіляються в ньому більш-менш рівномірно, інші концентруються в окремих внутрішніх органах. Так, у кісткових тканинах відкладаються джерела α-випромінювання (радій-226, уран-238, плутоній-239); β-випромінювання (стронцій-90, ітрий-91). Ці елементи, хімічно зв'язані з кістковою тканиною, дуже важко виводяться з організму. Тривалий час утримуються в організмі також елементи з великим атомним номером (полоній, уран і ін.). Елементи, що утворюють в організмі легкорозчинні солі, накопичуються в м'яких тканинах, відносно легко видаляються з організму. У м’язових тканинах більш менш рівномірно розподіляються джерела β-випромінювання натрий-24 та цезій-137, а у щитовидній залозі відбувається накопичування γ випромінюючого елементу иод-131. Накопичування радіоактивних елементів в окремих тканинах та органах обумовлює з часом розвиток в них патологічних змін, наприклад злоякісних пухлин.