Работа 5. Токсикологические основы радиационной безопасности
1. Общие сведения
Радиационная безопасность - система технических и организационных мер по защите персонала предприятий, населения и окружающей среды от воздействия проникающих излучений, направленная на обеспечение отсутствия неблагоприятных эффектов или вреда здоровью. Термин «Безопасность» не совпадает с бытовым понятием безвредности. Всё живое находится под влиянием среды, действующей в направлении разрушения биосистемы. Состояние «устойчивого неравновесия» достигается благодаря притоку энергии солнечной радиации у растений, процессов окисления у животных, поэтому даже естественные физиологические процессы дыхания в определенных условиях могут считаться вредными. Так как радиация – это постоянно действующий экологический фактор, то увеличение интенсивности радиационного фона, концентрации радионуклидов, появление изотопов, ранее не встречавшихся в окружающей среде повышает вероятность нарушения процессов защиты и «потери устойчивости» биологической системы. Корректным, с научной точки зрения, является исследование интегральных показателей риска внесения изменений в конкретные условия существования организма или популяции.
Токсикология, как наука, изучающая неблагоприятное действие опасных и вредных экологических факторов (ОВЭФ) на биологические системы, отвечает за определение условий, при которых обеспечивается безопасность, как отдельной личности, так и общества в целом. Задачей научных исследований является получение доказательств, необходимых для внедрения или ограничения новаций, связанных с ОВЭФ и увеличивающих интегральные показатели риска.
В ходе исследований разрабатываются нормативы безопасности - государственные положения для обеспечения безопасности персонала, населения, окружающей среды: "Гигиенические требования по ограничению облучения населения за счет природных источников ионизирующего излучения" (СП 2.6.1.1292-03), Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-2000) СП 2.6.1.799-99), которые основываются на Федеральном законе от 9 января 1996 г. N 3-ФЗ "О радиационной безопасности населения" и на «Нормах радиационной безопасности» (НРБ-99 СП 2.6.1.759-99). Эти нормативные правовые акты устанавливают санитарно-эпидемиологические требования, в том числе критерии безопасности и безвредности факторов среды обитания для человека и гигиенические нормативы. Их соблюдение является обязательным для граждан, индивидуальных предпринимателей и юридических лиц. За нарушение санитарного законодательства устанавливается дисциплинарная, административная и уголовная ответственность.
2. Радиация и радиоактивность
Все типы радиации можно разделить на электромагнитные волны (фотоны) и корпускулярное излучение. Под действием испускаемых частиц и квантов в веществах образуются положительные и отрицательные ионы. Этот вид радиации называют ионизирующим излучением. Ионизацию вызывают следующие виды излучения: заряженные частицы - ядра гелия (a-частицы), ядра водорода (протоны), электроны (b-частицы), а также осколки деления ядер элементов; незаряженные нейтроны и электромагнитные кванты высокой энергии (g-излучение и рентгеновские лучи). Для ионизации атомов большинства элементов, входящих в состав молекул биологических систем, необходимо затратить энергию около 10-12 эВ, что определяет потенциал их ионизации. Для электромагнитных излучений это соответствует частоте колебаний примерно 2420-2910 КГц и захватывает не только область собственно гамма- и ренгеновского излучений (по физической терминологии), но и частично диапазон ультрафиолетового света — дальнее жесткое ультрафиолетовое излучение (УФ-лучи).
При движении заряженных незаряженных и заряженных частиц с изначально равной энергией плотность ионизации выше для заряженных частиц, они быстрее теряют энергию. Нейтроны и электромагнитное излучение способны глубже, чем заряженные частицы, проникать в материалы, что соотносится с понятием «проникающая радиация». Тяжесть биологических последствий выше при более высокой плотности ионизации. Таким образом, биологическое действие ионизирующего излучения определяется плотностью ионизации и энергией частиц и фотонов.
Наряду с ионизацией все виды излучений обладают способностью в зависимости от энергии квантов или частиц возбуждать атомы или молекулы вещества и переводить их в нестабильное состояние, т.е. перемещать электрон с внутренней на внешнюю атомные оболочки. Для этого требуется меньшая энергия, чем для ионизации, и ею обладает "ближний" ультрафиолетовый свет, являющийся наиболее ярким представителем излучений неионизирующего типа. Оба процесса — ионизация и возбуждение – увеличивают скорость реакций с участием биомолекул и, в частности, к развитию процессов поражения ДНК (мутагенезу).
Фотоны излучений типа СВЧ не имеют достаточно энергии для ионизации или возбуждения атомов, но обладают значительной проникающей способностью. С энергетических позиций следовало бы отвергнуть идею о генетическом действии СВЧ-излучения, однако, данный вопрос остается открытым в связи с тем, что в последнее время развиваются идеи об участии мишеней не ДНК-овой природы в процессах мутагенеза. Механизм биологического действия до конца не ясен, но, во всяком случае, СВЧ-излучения могут изменять чувствительность мембранных рецепторов к регулирующим воздействиям. Возможны и другие механизмы.
Природными источниками радиации являются космические лучи и радиоактивные изотопы. Исторически первым примером техногенного источника является рентгеновская трубка – в процессе торможения заряженных частиц (электронов) металлической мишенью образуются фотоны, которые занимают спектральную область между g-излучением и ультрафиолетовыми лучами. Рентгеновские лучи возникают также и при делении ядер элементов. В целом понятие радиация шире, чем радиоактивность.
Радиоактивность (от латинского radius – луч и activus – действенный) – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием частиц и электромагнитных квантов.
Деление ядер радиоактивных изотопов (или радиоактивный распад) – это последовательность α- и β-превращений. При α-распаде ядро испускает a-частицу, а элемент смещается в периодической системе на 2 клетки влево; при β-распаде - на одну клетку вправо. В результате последовательных превращений образуется семейство радиоизотопов, представленное в природных источниках. Источники, не находящиеся в герметической упаковке и называемые открытыми источниками, наиболее опасны – они могут попадать внутрь организма человека и вызывать внутреннее облучение. Радиоизотопы по химическим свойствам и, следовательно, токсикокинетике (пути поступления в организм, связывание с тканями и выведение из организма) подобны стабильным элементам, однако токсикодинамика радиоизотопа определяются преимущественно его ионизирующим воздействием на клетки тканей.