Вопросы для самоконтроля:

1. Дайте краткую характеристику космогенных радионуклидов

2. Радон, степень его опасности для здоровья человека

3. Калий-40, степень его опасности для здоровья человека

4. Примеры использования радионуклидов в народном хозяйстве

5. Принцип работы ядерного реактора и АЭС

6. Принцип действия ядерного боеприпаса имплозивного типа

7. Принцип действия ядерного боеприпаса "пушечного" типа

8. Принцип действия нейтронного боеприпаса

Глава 2. Основы радиационной безопасности биологических систем

2.1. Биологическое действие ионизирующих излучений

Знание механизма воздействия радиации на человека и возможностей органов и систем человека противостоять радиации позволяет принять дополнительные меры по выживанию в условиях радиоактивного заражения или загрязнения среды.

Известно, что тело человека состоит: из воды примерно на 65%, белков, человеческих клеток на 18%, жиров на 10%, углеводов на 5%, других органических и неорганических веществ на 2%. Если из рассмотрения исключить воду, то белки составят 51,5%, липиды - 47,7%, клетки - 3%.

Воздействие радиации происходит как на молекулярном уровне, так и на уровне клеток, органов и систем человека.

2.1.1. Воздействие энергии ионизирующих излучений на биологическую ткань

При облучении биологической ткани ионизирующими излучениями схематично все процессы можно выразить следующим образом: физический этап (поглощение энергии излучения атомом или молекулой и образование свободных электронов и положительных ионов, поэтому излучение называется ионизирующим), физико-химический этап (возбуждение атомов или их ионизация), химический этап (образование свободных радикалов), биомолекулярные повреждения (изменения молекул белков, нуклеиновых кислот), биологические и физиологические изменения в организме. Схематично эти процессы отражены на рис.2.1.

Вслед за поглощением энергии ионизирующего излучения, сопровождаемым физическими изменениями молекул и клеток, происходят процессы химического и биологического характера, которые закономерно приводят, прежде всего, к повреждению жизненно важных биомолекул в клетке.

Эффекты воздействия ионизирующего излучения могут длиться от долей секунды до столетий (таблица 2.1).

В результате действия излучений на организм наблюдаются изменения на всех уровнях организации живой материи (таблица 2.2).

От чего же зависит действие радиоактивных веществ на организм?

Так называемая биологическая эффективность зависит от многих факторов:

• вида радиоактивного вещества;

• энергии излучения;

• периода полураспада;

• величины всасывания (накопления);

• скорости выведения из организма.

Физический этап (поглощение энергии)

Физико-химический этап (возбуждение атомов или их ионизация)

Химический этап (образование свободных радикалов)

Биологические повреждения (первичное действие излучений)

Непосредственное (прямое)

Косвенное (непрямое)

Рис. 2.1. Основные этапы воздействия радиации на биологическую ткань

2.1.2. МЕХАНИЗМ ВОЗДЕЙСТВИЯ РАДИАЦИИ НА МОЛЕКУЛЫ И КЛЕТКИ

Ионизирующее излучение обладает высокой энергетической активностью. Оно способно разрывать любые химические связи и индуцировать длительно протекающие реакции. Реакции вовлекают в химические превращения сотни и тысячи молекул. Первичное действие излучений на организм может быть непосредственным и косвенным.

Прямое действие ионизирующих излучений вызывает ионизацию атомов и молекул, образование ионов, возникновение возбужденных атомов, появление радикалов. Активные молекулы и обломки молекул индуцируют различные химические реакции, повреждая комплексы клеток.

Косвенное действие излучений заключается в том, что образованные радикалы воды и пероксиды вступают в химические реакции с молекулами белка, с липидами и т.д. и приводят к структурным изменениям тканей и клеток.

Таблица 2.1.

Биологическое действие ионизирующих излучений

Время	Эффект воздействия
10-24 - 10-4с 2. 10-15 - 10-8 с	Поглощение энергии (рентгеновкое, гамма, нейтронное излучения) Поглощение энергии (электроны, протоны, альфа-частицы)
10-12 - 10-8 с	Физический и химический этапы. Перенос энергии в виде ионизации на первичной траектории. Ионизация и электронное возбуждение молекул
10-7 - 10-5 с несколько часов	Химические повреждения. Прямое действие Косвенное действие. Образование свободных радикалов из воды. Возбуждение молекул до теплового равновесия.
Микросекунды, секунды, минуты, несколько часов	Биомолекулярные повреждения. Изменения молекул белков, нуклеиновых кислот под влиянием процессов обмена
Минуты, часы, недели	Ранние биологические и физиологические эффекты. Биохимические повреждения. Гибель клеток, гибель отдельных животных
Годы, столетия	Отдаленные биологические эффекты. Стойкое нарушение функций. Генетические мутации, действие на потомство. Соматические эффекты: рак, лейкоз, сокращение продолжительности жизни, гибель организма

Таблица 2.2.

Радиационные повреждения

Уровень биологической организации	Радиационные повреждения
Молекулярный	Повреждение ферментов, ДНК, РНК, нарушение обмена веществ
Субклеточный	Повреждение клеточных мембран, ядер, хромосом, митохондрий, лизосом
Клеточный	Остановка деления и гибель клеток, трансформация в злокачественные клетки
Тканевой, органный	Повреждение центральной нервной системы, костного мозга, желудочно-кишечного тракта
Организменный	Смерть или сокращение продолжительности жизни
Популяционный	Изменение генетических характеристик в результате мутаций