Воздействие радиации происходит на всех уровнях: на молекулярном, на уровне клеток, органов и систем человека.

При облучении биологической ткани ионизирующими излучениями все процессы можно выразить следующим образом:

1) физический этап (поглощение энергии);

2) физико-химический этап (возбуждение атомов или их ионизация);

3) химический этап (образование свободных радикалов);

4) биомолекулярные повреждения (изменения молекул белков, нуклеиновых кислот);

5) биологические и физиологические изменения в организме.

Вслед за поглощением энергии ионизирующего излучения, сопровождаемым физическими изменениями 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.

В результате действия излучений на организм наблюдаются изменения на всех уровнях организации живой материи. Возникают заболевания отдельных органов, систем и всего организма человека в целом, приводящих к преждевременной смерти. Среди заболеваний, особенно коварными являются различные виды рака.

Ионизирующее излучение обладает высокой энергией. Оно способно разрывать любые химические связи в биологических молекулах и индуцировать длительно протекающие реакции. Реакции вовлекают в химические превращения сотни и тысячи молекул.

В организме человека имеются «гигантские молекулы» – это нуклеиновые кислоты, белки и полисахариды. Основу жизни на Земле составляет молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). Она входит в состав клеток.

Из основ биологии известно, что молекула ДНК – это хранитель генетической информации и она же «руководит» синтезом белка в соматических клетках. Она является составной частью всех живых организмов, входит в состав хромосом, которые имеются в ядре клетки.

Первичное действие излучений на организм может быть прямым (непосредственным) и косвенным.

Прямое действие ионизирующих излучений вызывает ионизацию атомов и молекул, образование ионов, возбуждение отдельных атомов, появление радикалов воды. 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.

От чего же зависит действие радиоактивных веществ на организм?

Так называемая биологическая эффективность зависит от многих факторов:

– вида радиоактивного вещества;

– энергии излучения;

– периода полураспада и др.;

– величины всасывания (накопления);

– скорости выведения из организма.

Для характеристики воздействия энергии ионизирующих излучений на биологическую ткань важно понятие радиочувствительность.. Разные органы и ткани имеют свою радиочувствительность

Радиочувствительность – это чувствительность биологических объектов к действию ионизирующих излучений. Альтернативным понятием является радиоустойчивость (радиорезистентность).

Наиболее часто в качестве меры радиочувствительности используется LDj (летальная доза) – доза облучения, вызывающая гибель 50% облученных людей. Степень радиочувствительности сильно варьируется в пределах вида, организма, клетки.

Чтобы правильно оценить последствия облучения организма человека, необходимо оценить радиочувствительность на клеточном, тканевом, органном и организменном уровнях.

На клеточном уровне радиочувствительность зависит от организации генома, состояния системы репарации ДНК, содержания в клетке антиоксидантов, активности ферментов, утилизирующих продукты радиолиза, интенсивности окислительно-восстановительных процессов.

Следовательно, наиболее радиочувствительными в организме будут ткани, имеющие резерв активно размножающихся малодифференцированных клеток (кроветворная ткань, гонады, эпителий тонкого кишечника).

Наименее радиочувствительными (наиболее радиоустойчивыми) будут высокоспециализированные малообновляющиеся ткани (мышечная, костная, нервная). Исключение составляют только лимфоциты.

На органном уровне радиочувствительность зависит не только от радиочувствительности тканей, составляющих данный орган, но и от его функций. Следует рассмотреть действия излучения сначала при внешнем облучении.

Внешним называется такое облучение, при котором источник излучения находится вне организма. Внешнее облучение создается в основном гамма-излучением, рентгеновским и нейтронным излучением. Его поражающая способность зависит от энергии излучения, продолжительности облучения, расстояния от источника излучения до объекта облучения, от защитных мероприятий.

Наиболее высокой радиочувствительностью (наибольшей поражаемостью) при внешнем облучении обладают органы и ткани с интенсивно делящимися клетками:

– кроветворной системы (красный костный мозг, селезенка, лимфатические узлы);

– половой системы;

– пищеварительной системы (слизистые оболочки тонкой кишки, желудка).

Степень поражения органов при облучении можно расположить в следующей последовательности (от большего к меньшему поражению):

– органы кроветворения, костный мозг, селезенка, лимфатические железы;

– половые железы;

– желудочно-кишечный тракт, печень, сердечно-сосудистая система, органы дыхания;

– железы внутренней секреции (надпочечники, гипофиз, щитовидная железа, островки поджелудочной железы, паращитовидная железа);

– органы выделения, мышечная и соединительная ткань, хрящи, нервы.

Для жителей Республики Беларусь актуальной проблемой при внешнем облучении является облучение гамма-лучами и рентгеновскими лучами.

Гамма-лучи проявляют себя в зонах радиоактивного загрязнения территории цезием-137 после аварии на Чернобыльской АЭС. Рентгеновское облучение люди получают при медицинских обследованиях.

Внешнее облучение может быть равномерным по всему телу или неравномерным (от точечного источника).

При внешнем облучении степень поражения в основном определяется радиочувствительностью тканей, органов и систем человека, которые подвергаются облучению, полученной дозой и продолжительностью облучения. Замечено, что наиболее опасно для здоровья равномерное непрерывное облучение всего тела даже небольшими дозами. Менее опасно многократное облучение, долями суммарной дозы и еще менее опасно местное облучение, если этот орган или система не относятся к группе с высокой радиочувствительностью.

Внутреннее облучение – если источники излучения находятся внутри организма человека. Радионуклиды попадают в организм в виде аэрозолей, атомов, молекул вместе с продуктами питания (90 %), с питьевой водой(5-8 %), с вдыхаемым воздухом (2-5 %). Попадая в организм человека, радионуклиды некоторое время находятся в желудочно-кишечном тракте, откуда поступают в кровь, а затем накапливаются в отдельных органах и тканях в зависимости от типа радиоактивного изотопа. Например, равномерно по всему телу распределены: тритий, углерод, железо; в костях накапливаются: кальций, стронций, барий, независимо от того, радиоактивны они или нет; в щитовидной железе накапливается йод, технеций и т.д.

При внутреннем облучении степень поражения организма зависит не только от количества попавших в организм радионуклидов, от распределения их по органам и системам, но и от времени их нахождения в органах и системах. В связи с обменными процессами в организме наблюдается естественное выведение радионуклидов из организма. Скорость выведения различных радионуклидов из различных органов различна.

Для оценки скорости выведения радионуклидов из организма введено понятие «период биологического полувыведения» – это время, в течение которого количество данного радионуклида в органе или организме уменьшится вдвое.

Известно, что выводящими системами из организма являются желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), легкие, кожа и почки. При внутреннем облучении относительно активно противостоять радиации могут только почки, печень, иммунная и кровеносная системы. При внешнем облучении – только кровеносная система.

Радиационные синдромы

Особенности поражения организма в целом определяются двумя факторами:

1) радиочувствительностью тканей, органов и систем, непосредственно подвергшихся облучению;

2) поглощенной дозой излучения и ее распределением во времени.

При облучении страдают все органы и ткани, но ведущим для организма является поражение одного или нескольких критических органов.

Критические органы – это жизненно важные органы систем, которые повреждаются первыми в данном диапазоне доз, что обусловливает гибель организма в определенные сроки после облучения.

Известны три группы критических органов:

– Первая группа – все тело, гонады, красный костный мозг.

– Вторая группа – мышцы, щитовидная железа, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталик глаза и другие органы, за исключением тех, которые относятся к 1-й и 3-й группам.

– Третья группа – кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, голени и стопы.

В зависимости от критического органа выделяют 3 основных радиационных синдрома:

1. Костномозговой – развивается при облучении в диапазоне доз

1-10Гр, средняя продолжительность жизни – не более 40 суток. Снижение тромбоцитов – одна из причин кровоточивости, в сочетании со снижением лейкоцитов оно способствует развитию инфекционных заболеваний;

2. Желудочно-кишечный – развивается при облучении в диапазоне доз 10-80 Гр. Средняя продолжительность жизни – около 8 суток. Ведущим является поражение кишечника;

3. Церебральный – развивается при облучении в дозах более 80-100 Гр, продолжительность жизни – менее 2 суток. Непосредственной причиной гибели является массовое разрушение клеток центральной нервной системы.