Биологическое действие излучений

3.3. Биологическое действие излучений

3.3.1. Действие ионизирующих излучений на биомолекулы. клетки, органы, организм в целом. Лучевая болезнь человека. Фоновое облучение человека

Ядерные излучения оказывают сильное поражающее действие на все живые существа от вирусов и бактерий до млекопитающих.

Первичным действием излучения является ионизация макромолекул нуклеиновых кислот и белков. Существует два механизма повреждения биомолекул: в прямом механизме ядерная частица непосредственно воздействует на сами макромолекулы, которые поглощают энергию излучения. В косвенном механизме излучение производит радиолиз воды, продукты которого – свободные радикалы ОН-, Н-, НО2, Н2 ,О2 вступают с химические реакции с макромолекулами. При поглощенной дозе в 1 рад в каждой клетке осуществляются сотни тысяч актов ионизации в клеточных структурах.

Под действием первичных процессов в макромолекулах в клетках возникают функциональные изменения. Некоторые клетки или одноклеточные организмы, например кишечная палочка, гибнут от единичного акта ионизации. Внутри клетки ядро и митохондрии гораздо чувствительнее цитоплазмы. Радиационное поражение клетки происходит в три этапа:

физический, с образованием активных центров (ионизированные молекулы и радикалы);

химический, в виде взаимодействия радикалов белков, нуклеиновых кислот с водой, кислородом, биомолекулами с образованием органических перекисей и различных реакций окисления,

биохимический, состоящий в том, что освобожденые ферменты из клеточных органелл проникают через биологические мембраны, в которых увеличена их проницаемость, из-за перекисного окисления липидов, и приводят к распаду нуклеиновых кислот и белков клетки.

Наиболее важные изменения в клетках: повреждение механизма деления и хромосомного аппарата клетки, блокирование процессов обновления и дифференцирования клетки, блокирование процессов размножения клеток и последующей физиологической регенерации тканей.

У человека наиболее чувствительны к облучению кроветворные органы (костный мозг, селезенка, лимфатические железы), эпителий половых желез и слизистая оболочка кишечника.

Кислородный эффект – увеличение поражения макромолекул. клеток и организма в целом в три раза при повышении концентрации кислорода от 0 до 30%.

Лучевая болезнь человека

Лучевая болезнь человека возникает в результате действия на организм человека ионизирующего излучения. В зависимости от характера пространственного распределения дозы различают лучевую болезнь, вызванную общим облучением или местным, по распределению дозы во времени – острую и хроническую лучевую болезнь. Развитие лучевой болезни может быть обусловлно внешним облучением или воздействием радионуклидов, поступивших внутрь организма. Так, йод накапливается в щитовидной железе, плутоний – в легких, стронций – в костях.

Острая лучевая болезнь имеет следующие периоды:

Период формирования: фаза первичной реакции, фаза кажущегося благополучия, фаза выраженных клинических изменений, фаза непосредственного восстановления.

Период восстановления 4-8 недель. Период исходов и последствий.

Хроническая лучевая болезнь:

1-я степень (легкая): нервно-регуляторные нарушения сердечно-сосудистой системы и нестойкое умеренное падение количества эритроцитов и реже падение количества тромбоцитов.

2-я степень (средняя) – углубление нервно-регуляторных нарушений с появлением функциональной недостаточности пищеварительных желез, сердечно-сосудистой и нервной систем, нарушение обменных процессов, стойкое падение лейкоцитов и тромбоцитов.

Симптомы лучевой болезни при кратковременном общем облучении совпадают с длительным облучением солнечным светом.

Радиопротекторы – органические вещества, содержащие серу, ослабляющие биологическое действие ионизирующих излучений. Молекулы этих веществ активно вмешиваются в процесс миграции энергии, оттягивая на себя значительную часть поглощенной энергии, что резко снижает поражение микромолекул организма. Радиопротекторы действуют до облучения, и их принимают заранее. Примерами радипротекторов являются серотонин (5-окситриптамин) и цистомин (дисульфид -меркаптоэтиламин). 50% защитного действия серотонина состоит в гипоксическом действии биогенных аминов. Биогенные амины разрушают перекиси и подавляют перекисное окисление липидов в микросомах. Радиопротекторы позволяют сохранять работоспособность персонала в течение определенного времени при получении летальных доз.

Фоновое облучение человека

Фоновое облучение среды существовало всегда. Оно создается космическим излучением, естественными и искусственными радиоактивными веществами, содержащимися в теле человека и в окружающей среде (воздух, вода, почва).

На уровне моря космическое излучение дает мощность поглощенной дозы = 0,032 мкГр/час. Мощность эквивалентной дозы мкЗв/час. На высоте 4 км уже = 0,14 мкГр/час, = 0,2 мкЗв/час.

Для средних широт на уровне моря на открытой местности =2,8·10-4 Гр/год + нейтронная компонента 3,5·10-6 Гр/год. Если принять коэффициент качества для нейтронной компоненты k = 6, то эффективная эквивалентная доза космического излучения составляет 300 мкЗв/год. Мощность поглощенной дозы в воздухе на высоте 1 м от радионуклидов внешней среды колеблется в пределах 3,79,4·10-8 Гр/час. В районах с повышенным содержанием тория в почве (моноцитовые пески) или в воде в Индии, Бразилии, Франции, Иране 2 10-6 Гр/час и 5 10-5 Гр/час соответственно.

Мощность поглощенной дозы в домах из дерева 0,04 мкГр/час, из кирпича – 0,9 мкГр/час, из бетона – 0,14 мкГр/час.

Эффективная доза внутренноего облучения вдвое больше дозы внешнего облучения внутр= 1,34 мЗв/год, в основном за счет изотопов радона в воде.

Дозы от искусственных источников в окружающей среде и быту

Технологически повышенный естественный радиационный фон возникает при сжигании угля в электростанциях и домах. Уголь содержит изотопы калия , урана и тория в равновесии с продуктами их распада. В угольной золе содержится в среднем удельная активность, показанная в табл. 3.3.

Средняя удельная активность золы Таблица 3.3

Нуклид	40К	238U	226Ra	210Pb	210Po
Удельная активность, Бк/кг	265	200	240	930	1700	70	110	130

Средняя эквивалентная индивидуальная доза облучения в районе расположения угольной ТЭС электрической мощностью 1 ГВт :

экв=1140(кости)+145(костный мозг)+420(легкие)+5,3(все тело) = 1710 мкЗв/год

Население, проживающее в районе АЭС мощностью 1 ГВт ∙ год, получает эквивалентую дозу в 5–40 раз меньшую, чем в районе угольной ТЭС при зольности угля 10% и коэффициенте очистки образующейся золы 0,975.

Мощности дозы облучения всего тела при полетах и от бытовых приборов приведена в табл.3.4

Следует отметить, что всякое дополнительное облучение всегда добавляется к фоновому облучению. Дозы имеют кумулятивный характер.

Мощности дозы облучения всего тела человека Таблица 3.4

Источник излучения	Активность Бк=расп/сек	Мощность поглощенной дозы, мкГр/час	Мощность эквивалентной дозы, мкЗв/час
Самолет на 8км	-	0,84	1,35
Часы с	3,7 ∙ 103	0,074	0,074
Часы с	40 ∙ 106	3,7 ∙ 10-5	3,7 ∙ 10-5
Часы с	1,5 ∙ 106	2 ∙ 10-4	2 ∙ 10-4
Цветной телевизор 5 см от экрана	-	100	100
Цветной телевизор 250 см от экрана	-	2,5 ∙ 10-3	2,5 ∙ 10-3

3.3.2. Нормы и правила радиационной безопасности (НРБ –99/2009). Основные санитарные правила (ОСП-72/80)» – основные руководящие документы в области радиационной безопасности

При работе с источниками ионизирующего облучения необходимо соблюдать три принципа радиационной безопасности :

Исключение всякого необоснованного облучения.

Непревышение дозового предела.

Снижение дозы облучения до возможно более низкого уровня.

Для того чтобы предупредить соматические и свести к минимуму генетические последствия, необходимо ограничивать дозу внешнего и внутреннего облучения персонала и всего населения при применении, хранении, транспортировке радиоактивных веществ, при использовании ядерных реакторов, ускорителей заряженных частиц, рентгеновских аппаратов и других источников ионизирующих излучений.

В России действует межведомственный документ, регламентирующий допустимые количественные уровни воздействия ионизирующих излучений с учетом внешнего и внутреннего облучения человека. Это новые редакции «Нормы и правила радиациооной безопасности НРБ-99/2009» и «Основные санитарные правила ОСП-72/80», которые имеют законодательный характер, а также Федеральный Закон «О радиационной безопасности населения».

Нормами радиационной безопасности регламентированы: три категории облучаемых лиц

Категория А – персонал (лица, непосредственно работающие с источниками излучения).

Категория Б – ограниченная часть населения (лица, находящиеся на территории источников излучения).

Категория В – население области, края. республики, страны,

и три группы критических органов.

Первичными нормативами являются предельно допустимая доза ПДД облучения работающего персонала и предельно допустивые дозы ПД категории Б (см. табл. 3.5).

Предельно допустимые дозы ПДД не включают в себя дозы естественного фона и дозы, получаемые при медицинском обследовании и лечении.

Таблица 3.5

Дозовые пределы внешнего и внутреннего облучения

Группа критических органов	ПДД КатегорияА мЗв/год	ПД КатегорияБ мЗв/год
I все тело, гонады, красный косный мозг	50	5
II мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень. почки, ЖКТракт, легкие, хрусталик глаза и др. органы (кроме Iи III)	150	15
III кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, лодыжки, стопы	300	30

Облучение персонала

Максимальная индивидуальная эквивалентная доза облучения персонала не должна превышать ПДД за год, указанной в таблице. Доза, накопленная к возрасту 30, лет не должна превышать 12 ПДД для уменьшения вероятности генетических последствий. Лица моложе 18 лет к работе с излучением не допускаются.

Аварийное облучение персонала

При спасении жизни людей, для предотвращения крупной аварии и переоблучения большого числа людей допускается облучение некоторых лиц дозой, превышающей 2 ПДД или 5 ПДД. В каждом отдельном случае необходимо информировать персонал о риске и возможных последствиях переоблучения. Такое облучение может допускаться только с согласия исполнителя и с разрешения руководства. Однократное внешнее облучение свыше 5 ПДД , а также однократное поступление в организм радионуклида свыше 5 ПДД должно рассматриваться как потенциально опасное. После такого воздействия работник должен быть напрвлен на медицинское обследование.

Поскольку «даже знание законов радиации не освобождает от мутации», в последнем разделе кратко рассмотрим вопросы защиты от ионизирующих излучений.