ЭКОЛОГИЯ / Литература / РАДИАЦИОННАЯ ЭКОЛОГИЯ

2.6. Защита от радиационного излучения

На время прохождения радиоактивного облака необходимо укрыться в помещениях с закрытыми окнами и дверьми или в подвалах.

В дальнейшем рекомендуется прием средств, повышающих устойчивость организма по отношению к радиации (радиопротекторов). Особенно важно как можно быстрее ввести в организм стабильный изотоп йода в дозе 125 мг для взрослых и 40 мг для детей и затем повторять эту процедуру ежесуточно в течение всего срока пребывания на загрязненной радионуклидами территории (но не более 10 суток для взрослых и 2 суток для детей до 3 лет и беременных женщин). Своевременный прием стабильного изотопа йода может обеспечить 100% защиту щитовидной железы от радионуклида J-131.

Для защиты органов дыхания от радиоактивной пыли следует применять респираторы. Большое значение для защиты тела от радиации имеет личная гигиена, главная цель которой – своевременное удаление с поверхности кожи и одежды радиоактивной пыли. Для этой процедуры рекомендуются дезактивирующие средства в виде паст или обыкновенное хозяйственное мыло.

После прохождения радиоактивного облака происходит загрязнение радионуклидами земной поверхности, а, следовательно, пастбищ, садов, огородов и полей. Постепенно радиоактивные вещества проникают вглубь почвы, откуда впитываются корнями растений, а затем по пищевой цепочке проникают в организм человека. Продвижение радионуклидов по пищевым цепям сопровождается увеличением их концентрации в каждом звене цепи. К примеру, в пищевой цепи арктической зоны, лишайник – олень – человек, концентрация цезия-137 увеличивается в 10 раз. Значительно снижают тяжесть лучевого воздействия так называемые радиопротекторы (радиационные защитники). В первую очередь к таким веществам относятся витамины и растения, содержащие в своей структуре большое количество пектинов: гранат, черноплодная рябина, смородина, клюква, свекольный и морковный соки, настойки женьшеня, золотого корня, элеутерококка китайского. На основе природных лекарственных веществ разработаны всевозможные препараты, рекомендуемые в качестве средств защиты при хроническом действии ионизирующих излучений. Ю.Б. Кудряшов и Е.Н. Гончаренко (1999) называют их адаптогенами. К числу зооадаптогенов относятся: препарат Турдыева, выделенный из тканей черепахи, ядов змей, пауков, скорпионов. Из фитопрепаратов для профилактики и лечения лучевой болезни рекомендуются микстуры «Ку-шен» и «Кушенсу», выделенные из корней бобовых растений, полисахаридные экстракты из съедобных грибов (в том числе препарат «Джинер»), микстура «ЭЧХЛ» из чисто-

111

тела, экстракт Као, выделенный из корневища горца многоцветного, и многие другие средства, приготовленные из природного материала.

При проживании в условиях повышенной радиации необходимо сбалансированное питание, обильное питье. Нужно как можно больше употреблять соков, витаминов, грецких орехов, редьку, хрен, чеснок, лук, гречневую и овсяную крупы, творог, масло, сметану. Костные бульоны, холодец, кофе, яйца и косточковые фрукты должны быть исключены из рациона. Очень полезна сауна.

Чтобы правильно выбрать состав дневного рациона при проживании на местности, загрязненной радионуклидами, важно ориентироваться в способности накопления этих элементов различными растениями и организмами разных животных. Особому контролю на содержание радионуклидов подлежит питьевая вода. Нормы радиационной безопасности строго лимитируют содержание искусственных радионуклидов в питьевой воде, создающих эффективную дозу меньше 0,1 мЗв за год, не требуется проведения мероприятий по снижению ее радиоактивности. Этому значению дозы при потреблении воды в количестве 2 кг в сутки соответствуют средние значения удельной активности за год. При совместном присутствии в воде нескольких радионуклидов должно выполняться условие:

(Аi : УВi) 1,

где Аi –удельная активность i-того радионуклида в воде;

УВi – соответствующий уровень вмешательства (приведен в табл. П-2

НРБ-99).

Предварительная оценка допустимости использования воды для питьевых целей может быть дана по удельной суммарной альфа- и бетаактивности, которая не должна превышать 0,1 и 1,0 Бк/кг соответственно. При обнаружении в воде трития, углерода-14 и тория-232 определение удельной активности этих радионуклидов в воде обязательно. Уровень вмешательства для радона-222 в питьевой воде составляет 60 Бк/кг. Для минеральных и лечебных вод устанавливаются специальные нормативы.

В чрезвычайных ситуациях реальное количество радионуклидов в поверхностных водах может превышать эти нормы в десятки и сотни раз. В этих условиях население должно быть оснащено фильтрами коллективного и индивидуального пользования. Для заполнения фильтров применяются тонкодисперсные сорбенты на основе природных цеолитов или искусственных материалов – полипропилена и полиэтилентетрафталата. Эти же сорбенты используют для очистки воды от радионуклидов на водозаборах и водоочистных станциях.

112

2.6. Защита от радиационного излучения

Одной из актуальных проблем современной радиоэкологии является защита населения от распространения радионуклидов через подземные воды. Водоносные горизонты должны быть надежно защищены от источников радиации. Для этого через пробуренные скважины предлагается закачивать полимерный отверждающий реагент «Буретан», который при соприкосновении с водой способен быстро образовывать пластичную каучукообразную массу, которая затем переходит в твердое состояние, создавая водонепроницаемые барьеры (Шарипов, 1999).

2.6.2. Принципы радиозащитного питания

Важнейшим фактором предотвращения накопления радионуклидов в организме людей является питание. Установлено, что обогащение рациона рыбой, кальцием, фтором, витаминами А, Е, С, которые являются антиоксидантами, неусвояемыми углеводами (пектинами) способствует снижению риска онкологических заболеваний, играет важную роль в профилактике радиоактивного воздействия наряду с радиопротекторами. Основные положения современной концепции радиозащитного питания представлены на рисунке 9.

Принцип радиозащитного питания

Сбалансированность пищевого рациона

Рис. 9. Современная концепция радиозащитного питания

113

Они базируется на следующих положениях:

а) максимально возможное уменьшение поступления радионуклидов с пищей;

б) торможение процессов сорбции (всасывания) и накопления радионуклидов в организме;

в) соблюдение основных принципов рационального питания.

114

2.6. Защита от радиационного излучения

Раздел 3

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

В развитии поражения после воздействия ионизирующих излучений выделяют несколько стадий: физическую, физико-химическую, химическую и биологическую (табл. 33).

Таблица 33 – Основные стадии в действии ионизирующих излучений на биологические системы

3.1. ФИЗИЧЕСКАЯ СТАДИЯ

Содержание физической стадии составляют процессы поглощения энергии и образования ионизированных и возбужденных молекул. В облученной клетке возбужденными и ионизированными могут в равной степени оказаться белки и углеводы, нуклеиновые кислоты и липиды, молекулы воды и различных низкомолекулярных органических и неорганических соединений. В живых клетках органическими и неорга-

115

ническими (кроме воды) молекулами поглощается около 25% энергии, а водой – 75%.

Процессы, протекающие на физической стадии, осуществляются в течение короткого времени – 10-16-10-15 с. Они завершаются образованием возбужденных и ионизированных молекул.

3.2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ СТАДИЯ

В течение физико-химической стадии поглощенная молекулами энергия реализуется разрывами химических связей и образованием свободных радикалов, которые характеризуются наличием неспаренного электрона, что является причиной их чрезвычайно высокой химической активности.

Как уже говорилось, в живых системах около 75% энергии излучения поглощается водой. В результате этого образуются продукты радиолиза воды:

Н2О + hv H2O* Н* + НО*;

Н2О + hv H2O + е–;

Н2О + е– егидр. Н* + НО–;

Н2О + е– Н2О Н*+ ОН*; Н2О Н+ + ОН*; е– + Н+ Н*;

Н2О + ОН– Н2О + ОН*; Н2О + Н2О Н3О + ОН*; Н2О + е– Н2О + Н* .

При ионизации воды образуются положительно заряженный ион Н2О+ и электрон (е–), который после замедления при прохождении через вещество либо рекомбинирует с образованием воды (е– + Н2О+ Н2О), либо образует отрицательно заряженный ион Н2О– (Н2О + е– Н2О–). Ионы Н2О+ и Н2О– неустойчивы и разлагаются, образуя стабильные ионы Н+ и ОН*, которые могут рекомбинировать с образова-

нием молекул воды, и свободные радикалы Н* и ОН* (Н2О+ Н+ + ОН* или Н2О– ОН– + Н*).

Среди основных продуктов радиолиза воды должен быть назван и гидратированный электрон (егидр.). Теряющий в конце пробега свою ки-

116

3.3. Химическая стадия. Прямое и непрямое действие радиации

нетическую энергию, электрон как бы захватывается расположенными рядом молекулами воды, которые соответствующим образом ориентируются вокруг него. Эта структура и получила наименование «гидратированный электрон».

Гидроксильный радикал ОН*, образующийся в процессе радиолиза воды, выступает как очень сильный окислитель. Радикал водорода и гидратированный электрон обладают высокой реакционной способностью как восстановители.

Продукты радиолиза воды живут в воде не более 10-5 с. За это время они или рекомбинируют друг с другом, или вступают в химические реакции с другими молекулами, находящимися в системе.

Перераспределение возбужденными молекулами избыточной энергии, их диссоциация и образование в результате ионов и радикалов, обладающих весьма высокой химической активностью, и составляет сущность физико-химической стадии в действии излучений.

Продолжительность ее составляет около 10-14-10-11 с.

3.3. ХИМИЧЕСКАЯ СТАДИЯ. ПРЯМОЕ И НЕПРЯМОЕ

ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ

Во время химической стадии образовавшиеся ранее высокоактивные свободные радикалы вступают в реакции между собой и с интактными молекулами, в результате чего возникают разнообразные повреждения молекул. Если повреждение биомолекул происходит в результате непосредственного поглощения ими энергии излучения, принято говорить о прямом действии радиации. Если же биомолекулы повреждаются в результате их химического взаимодействия с продуктами радиолиза воды, говорят о непрямом действии радиации.

К химически высокореактивным продуктам, образовавшимся на фи- зико-химической стадии, относятся прежде всего радикалы ОН* и Н* и гидратированный электрон (егидр.). При взаимодействии первичных продуктов радиолиза воды с кислородом образуются новые продукты, такие как ионы Н3О+ и пероксид водорода Н2О2, а также супероксидный

анион-радикал О2 и гидропероксид НО*2 , обладающие даже более вы-

сокой реакционной способностью, чем первичные радикалы. Гидроксильный радикал НО* является самым сильным окислителем,

образующимся при радиолизе воды, радикал водорода Н* и егидр. – си-

льные восстановители, пероксид водорода – слабый окислитель.

117

Образовавшиеся при радиолизе воды радикалы ОН* и Н* могут вступать во взаимодействие друг с другом с образованием молекулярного водорода Н2 и пероксида водорода Н2О2:

Н* + Н* Н2; ОН* + ОН* Н2О2.

Гидратированный электрон вступает в реакции восстановления. Пример такой реакции представлен ниже:

егидр. + NH3 СН(СН2SН)СОO H2S + NH2CH(CH2)COO .

цистеин

В случае наличия в воде закиси азота гидратированные электроны превращаются в гидроксильный радикал:

егидр. +N2О HO* + N2.

Эндогенный оксид азота NO, основной регулятор локальной регуляции тонуса артериальных сосудов, является также радикалом и ак-

тивно взаимодействует с супероксид-анион-радикалом O2 с образованием пероксинитрит-аниона:

O2 + NO* ONOO .

Пероксинитрит, являясь токсическим веществом, способным повреждать белки и ДНК, при своем распаде вновь образует высокореактивные продукты – гидроксильный радикал НО*, диоксид азота NO2 и нитроний ион NO2+.

Продукты радиолиза воды способны вызвать практически все типы структурных повреждений, которые наблюдаются при прямом действии радиации. Непрямое действие радиации определяется содержанием в макромолекулах структурированной воды, когда поглощенная энергия при радиолизе воды может достигнуть важных надмолекулярных структур клетки и вызвать в них изменения. Наибольшая радиочувствительность среди органических веществ свойственна фосфолипидам, составляющим структурную основу клеточных мембран.

Так, гидратированный электрон способен присоединяться к органическим молекулам с образованием анион-радикала R*, который характеризуется относительно высокой стабильностью. При воздействии продуктов радиолиза воды на аминокислоты, белки, углеводы, нуклеотиды, ДНК, фосфолипиды могут образовываться радикалы растворенных веществ.

118

3.3.Химическая стадия. Прямое и непрямое действие радиации

Вчастности, при взаимодействии биомолекул с гидроксильным радикалом НО* происходит отщепление водорода от органического вещества:

RH + ОН* R* + Н2О

или, при наличии двойных ненасыщенных связей в веществе, их разрыв: R1HC = CHR2 + ОН* R1HC*(ОН) – CHR*2 .

В результате реакций с участием ОН* образуются нестабильные продукты, включая радикалы с большой реакционной способностью.

При взаимодействии с органическими веществами радикала водорода Н* происходит отщепление водорода:

RH + Н* R*+ H2,

а при наличии свободной аминогруппы все завершается дезаминированием:

RNH2 + Н* R* + NH3.

Образующиеся в результате как прямого, так и непрямого действия радиации органические радикалы обладают высокой реакционной способностью. Они могут вступать в реакции:

гидроксилирования

гидрирования образования гидроперекисных радикалов

ROO* + RH ROOH+ R*.

Соединяясь с кислородом, органические радикалы образуют перок-

сидные радикалы типа RO*2 , которые, в свою очередь, могут переходить в гидроперекиси, отщепляя водород от других соединений:

RO*2 + RSH ROOH+ RS*.

Органические радикалы, вступая в разнообразные реакции, чаще всего инактивируются. Однако образовавшийся в результате облучения свободный радикал может прореагировать с нормальным радикалом, участвующим в важной ферментативной реакции, и инактивировать его. В этом случае повреждающее действие радикалов может быть связано с ингибированием соответствующей реакции.

Продолжительность химической стадии составляет 10-6-10-3 с.

119

3.4. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В КЛЕТКАХ

В результате процессов, происходящих на первичных стадиях действия излучений, изменения могут возникнуть в любых молекулярных структурах, входящих в состав живой клетки.

К наиболее биологически значимым повреждениям должны быть отнесены в первую очередь нарушения структуры ДНК. Прежде всего, это повреждения оснований, выщепление отдельных оснований из цепи, разрушение фосфоэфирных связей, лежащее в основе одиночных и двойных разрывов цепочек ДНК, распад дезоксирибозы, повреждения ДНК-мембранного комплекса, разрушение водородных связей, нарушение связей ДНК-белок, повышающее атакуемость ДНК вторичными радикалами и ферментами, сшивки ДНК-ДНК и ДНК-белок.

Аналогичные радиационно-химические изменения наблюдаются и в облученной РНК. Разница состоит лишь в том, что в РНК, в связи с ее однонитчатой структурой, не может быть двунитевых разрывов.

Не менее значимыми для жизнедеятельности клетки являются и вызванные прямым или непрямым действием радиации повреждения белка. В белковых молекулах участками, в которых чаще всего реализуется поглощенная энергия, являются тиоловые и дисульфидные группировки, а также аминокислоты, содержащие спаренные циклы (триптофан, фенилаланин, тирозин). В результате, хотя все аминокислоты поглощают энергию облучения с равной вероятностью, в конце физико-хи- мической стадии некоторые из них оказываются избирательно пораженными.

При смертельных уровнях облучения (6-10 Гр) инактивация белков и ферментов незначительна и не обнаруживается сразу после облучения. Образующиеся в присутствии кислорода и воды свободные радикалы могут приводить к разрыву пептидной связи, образованию амида, кетокислоты и гидропе-рекисного радикала. Все это приводит к нарушению структуры белка: разрыву дисульфидных мостиков, водородных связей, пептидной цепи, образованию сшивок между пептидными цепями, отщеплению аммиака, сероводорода, окислению сульфгидрильных групп и ароматических аминокислот, к конформационным изменениям вторичной и третичной структуры белка.

В частности, возникают реакции окисления белковых SH-групп, которые нередко протекают по цепному механизму с образованием дисульфидов:

R–SH + НО* R–S* + Н2О;

R–SH + HO*2 R–S* + Н2О2;

120