5.3.2. Біологічна дія іонізуючих випромінювань.

Радіоактивні ізотопи надходять всередину організму з пилом, повітрям, їжею або водою і поводять себе по-різному: деякі ізотопи розподіляються рівномірно в організмі людини (тритій, вуглець, залізо, полоній); деякі накопичуються в кістках (радій, фосфор, стронцій); інші залишаються в м’язах (калій, рубідій, цезій); накопичуються в щитовидній залозі (йод), у печінці, нирках, селезінці (рутеній, полоній, ніобій) тощо.

Під впливом радіоактивного випромінювання атоми і молекули живих клітин іонізується, в результаті чого відбуваються складні фізико-хімічні процеси, що призводять до загибелі клітин або їх мутації.

Згідно з одними поглядами, іонізація атомів і молекул, що виникає під дією випромінювання, веде до розірвання зв’язків у білкових молекулах, що призводить до загибелі клітин і поразки всього організму. Згідно з іншими уявленнями, у формуванні біологічних наслідків іонізуючих випромінювань відіграють роль продукти радіолізу води, яка, як відомо, становить до 70 % маси організму людини. При іонізації води утворюються вільні радикали Н⁺ та ОН^-, а в присутності кисню — пероксидні сполуки, що є сильними окислювачами. Останні вступають у хімічну взаємодію з молекулами білків та ферментів, руйнуючи їх, в результаті чого утворюються сполуки, не властиві живому організму. Це призводить до порушення обмінних процесів, пригноблення ферментних і окремих функціональних систем, тобто порушення життєдіяльності всього організму.

Вплив радіоактивного випромінювання на організм людини можна уявити в дуже спрощеному вигляді таким чином. Припустімо, що в організмі людини відбувається нормальний процес травлення. Їжа, що надходить, розкладається на більш прості сполуки, які потім надходять через мембрану усередину кожної клітини і будуть використані як будівельний матеріал для відтворення собі подібних, для відшкодування енергетичних витрат на транспортування речовин і їхню переробку. Під час потрапляння випромінювання на мембрану відразу ж порушуються молекулярні зв’язки, атоми перетворюються в іони. Крізь зруйновану мембрану в клітину починають надходити сторонні (токсичні) речовини, робота її порушується. Якщо доза випромінювання невелика, відбувається рекомбінація електронів, тобто повернення їх на свої місця. Молекулярні зв’язки відновлюються, і клітина продовжує виконувати свої функції. Якщо ж доза опромінення висока або дуже багато разів повторюється, то електрони не встигають рекомбінувати; молекулярні зв’язки не відновлюються; виходить з ладу велика кількість клітин; робота органів розладнується; нормальна життєдіяльність організму стає неможливою.

Специфічність дії іонізуючого випромінювання полягає в тому, що інтенсивність хімічних реакцій, індуційованих вільними радикалами, підвищується, й у них втягуються багато сотень і тисячі молекул, не порушених опроміненням. Таким чином, ефект дії іонізуючого випромінювання зумовлений не кількістю поглинутої об’єктом, що опромінюється, енергії, а формою, в якій ця енергія передається. Ніякий інший вид енергії (теплова, електрична та ін.), що поглинається біологічним об’єктом у тій самій кількості, не призводить до таких змін, які спричиняє іонізуюче випромінювання.

В залежності від поглинутої дози випромінювання та індивідуальних особливостей організму викликані зміни можуть носити зворотній або незворотній характер. При незначних дозах опромінення вражені тканини відновлюються.

Особливості дії іонізуючого випромінювання на організм людини:

1. органи чуття не реагують на випромінювання;

2. висока руйнівна ефективність поглинутої енергії іонізуючого випромінювання, навіть дуже мала його кількість, може спричинити глибокі біологічні зміни в організмі;

3. присутність прихованого періоду уявного благополуччя, він може бути досить довгим при опроміненнях у малих дозах;

4. малі дози опромінення можуть підсумовуватись і накопичуватись в організмі (кумулятивний ефект);

5. іонізуюче випромінювання негативно вливає не лише на дану людину, а й на її нащадків (генетичний ефект);

6. різні організми мають істотні відмінні особливості реакції на дози опромінення;

7. ефект опромінення залежить від частоти впливу іонізуючого випромінювання. Одноразове опромінення у великій дозі спричиняє більш важкі наслідки, ніж фракціоноване;

8. різні органи організму мають різну чутливість до випромінювання.

Небезпека радіоактивних елементів для людини визначається здатністю організму поглинати та накопичувати ці елементи. Тому при потраплянні радіоактивних речовин усередину організму вражаються ті органи та тканини, у яких відкладаються ті чи інші ізотопи: йод — у щитовидній залозі; стронцій — у кістках; уран і плутоній — у нирках, товстому кишечнику, печінці; цезій — у м’язовій тканині; натрій поширюється по всьому організму. Ступінь небезпеки залежить від швидкості виведення радіоактивних речовин з організму людини. Більша частина людських органів є мало чутливою до дії радіації. Так, нирки витримують сумарну дозу приблизно 23 Гр (2300 рад), отриману протягом п’яти тижнів, сечовий міхур — 55 Гр (5500 рад) за один місяць, печінка — 40 Гр (400 рад) за місяць.

Найсильнішого негативного впливу зазнають клітини червоного кісткового мозку, щитовидна залоза, легені, молочні залози, статеві органи (стерилізація при сумарній дозі 200÷300 Р), печінка, нирки, селезінка, очі (часткова або повна втрата зору при дозі в 200÷500 Р), тобто органи, клітини яких мають високий рівень поділу. При одній і тій самій дозі випромінювання у дітей вражається більше клітин, ніж у дорослих, тому що у дітей всі клітини перебувають у стадії поділу. Внаслідок дії радіації відбувається гальмування функцій кровотворних органів, звуження судин, розлад шлунково-кишкового тракту, імунної системи організму.

Ефекти, викликані дією іонізуючих випромінювань (радіації), систематизуються за видами ушкоджень і часом прояву. За видами ушкоджень їх поділяють на три групи: соматичні, соматико-стохастичні (випадкові, ймовірні), генетичні. За часом прояву виділяють дві групи — ранні (або гострі) і пізні. Ранні ураження бувають тільки соматичні. Це призводить до смерті або променевої хвороби. Постачальником таких часток є в основному ізотопи, що мають коротку тривалість життя, -випромінювання, потік нейтронів.

Існують різноманітні норми радіоактивного зараження: разові сумарні, гранично допустимі та інше. Всі вони описані в спеціальних довідниках.

Існують порогові значення дози опромінення. За одноразової рівномірної дії -випромінювання на все тіла з дозою 25 Р суттєві зміни у стані здоров’я людини не настають. При дозі у 25÷50 Р мають місце тимчасові зміни складу крові, які відносно швидко зникають. При дозах 50÷100 Р виникає почуття втоми, у 10 % опромінених спостерігається блювання, помірні зміни складу крові. При більших дозах виникає променева хвороба.

Гостра форма променевої хвороби виникає в результаті опромінення великими дозами за короткий проміжок часу. При дозах порядку тисяч рад ураження організму може бути миттєвим. Хронічна форма розвивається в результаті тривалого опромінення дозами, що перевищують ліміти дози. Більш віддаленими наслідками променевого ураження можуть бути променеві катаракти, злоякісні пухлини та інше.

Форми променевої хвороби:

1. І ступеня (легкого) — при сумарній дозі опромінення 100÷200 Р. Прихований період 2÷3 тижні. Після цього виникає нездужання, слабкість, головний біль, нудота, блювання, зменшення лейкоцитів в крові;

2. ІІ степеня (середньої важкості) — при сумарній дозі опромінення 200÷400 Р. Прихований період близько 1 тижня. Симптоми — важке нездужання, сильний головний біль, часте блювання, розлади функцій нервової системи, кількість лейкоцитів зменшується на половину від норми, з’являються підшкірні крововиливи. Смерть настає у 20 % випадків через 2÷6 тижнів після опромінення;

3. ІІІ ступеня (важкого) — при сумарній дозі опромінення 400÷600 Р. Прихований період до декількох діб. Симптоми — значні порушення функцій організму, сильні блювота, пронос, нестерпний головний біль, втрата свідомості, різке збудження, крововиливи в шкіру та слизові оболонки, різко зменшується кількість лейкоцитів. Смертність — до 50 % протягом 1 місяця;

4. ІV ступеня (вкрай важка форма) — при сумарній дозі понад 600 Р. Прихований період до декількох годин. Руйнування клітин червоного і кісткового мозку, крововиливи у шлунково-кишковий тракт. Без повноцінного лікування смерть настає у понад 80 % протягом першого тижня.

При дозах опромінення від 1000 до 5000 Р опромінена людина вмирає через 1-2 тижні від крововиливу у шлунково-кишковий тракт. Надзвичайно велика доза в 10 000 Р викликає настільки серйозні ураження, що смерть, як правило, настає протягом кількох годин чи діб.