Глава 11. Воздействие ионизирующих излучений на человека. Нормативы. Методы защиты. Генетические аспекты. Лучевая терапия.

 

Наиболее чувствительны к воздействию радиации следующие органы человека: костный мозг, костная ткань, гонады, лёгкие и кожа.

     На рис. 15 показана различная чувствительность органов человека к воздействию радиации.

Рисунок 15. Различная чувствительность органов человека к воздействию радиации.

 

Ионизирующие излучения представляют серьезную опасность для всех живых организмов биосферы, в том числе и для человека.

Энергия ионизирующих излучений достаточна для того, чтобы вызвать деструкцию атомных и молекулярных связей в живой клетке, что приводит к ее гибели. Чем интенсивнее процесс ионизации в живых тканях, тем больше биологическое воздействие этого излучения на живой организм. В результате сложных биофизических процессов, возникающих под воздействием ионизирующих излучений, в организме образуются разного рода радикалы, которые, в свою очередь, могут образовывать различные соединения, не свойственные здоровой ткани. Кроме того, вызванное ионизирующим действием радиоактивности расщепление молекул воды на водород и гидроксильную группу приводит к ряду нарушений в биохимических процессах. Под воздействием ионизирующих излучений в организме могут происходить торможение функций кроветворных органов, подавление иммунной системы и деятельности половых желез, расстройства желудочно-кишечного тракта, нарушения обмена веществ, канцерогенные реакции и др. В таблице 10 представлены последствия радиоактивного облучения человека.

Таблица 10. Основные последствия радиоактивного облучения человека.

Летальные дозы, Гр:	последствия
100	Смерть через несколько часов или дней (повреждение центральной нервной системы)
10 - 50	Смерть через 1 - 2 редели (внутренние кровоизлияния)
3 - 5	50 % облученных умирают в течение 1 - 2 месяцев (поражение костного мозга)
Вероятностная оценка на 1 Гр (стохастические эффекты):
Смертность от лейкоза	2 чел. из 1 тыс. облученных лиц
Рак щитовидной железы	10 чел. из 1 тыс. облученных лиц
Рак молочной железы	10 чел. из 1 тыс. облученных женщин
Рак легких	2 - 3 чел. из 1 тыс. облученных лиц
Рождение ребенка с наследственными дефектами (одно поколение):
доминантные и рецессивные мутации	1,5 чел. на 1 тыс. рождений
хромосомные аберрации	0,24 чел. на 1 тыс. рождений
прочие	0,45 чел. на 1 тыс. рождений
Без заметных последствий	0,25 бэр

 

При рассмотрении биологического действия радиоактивности различают внешнее и внутреннее облучения. Внешнее облучение представляет собой случай, когда источник радиации находится вне организма и продукты радиоактивности не попадают внутрь организма. При этом наиболее опасны β-, γ-, рентгеновское и нейтронное облучения. Этот случай на практике реализуется при работе на установках, имеющих рентгеновское и γ-излучения, с радиоактивными веществами, запаянными в ампулах и т. п.

Степень проявления отрицательных биологических эффектов находится в прямой зависимости от дозы облучения, времени облучения, его вида, индивидуальной особенности организма. Поражение может быть хроническим и острым.

Первые признаки хронического поражения: сухость кожи рук, появление язв, выпадение волос, ломкость ногтей. При остром лучевом ожоге на покровных тканях появляются пузыри, отёки, некрозы, долго не заживающие язвы, на месте которых могут быть образованы раковые опухоли.

При жестком внешнем рентгеновском облучении возможен летальный исход без видимых изменений кожного покрова, в то время, как α- и β-частицы вызывают только кожные поражения вследствие незначительной проникающей способности.

При попадании радиоактивных продуктов внутрь организма этот случай относят к внутреннему облучению, которое является весьма опасным. При этом происходит поражение большинства органов до тех пор, пока радиоактивное вещество не распадается или не покинет организм в результате физиологического обмена.

В таблице 11 представлены места накопления различных радионуклидов в организме человека.

Таблица 11. Места накопления радионуклидов в организме человека

Щитовидная железа.	^129I, ^131I, ^99Tc.
Легкие	^85Kr, ^238Pt, ^239Pt, ^222Rd, ^233U, ^133Xe, ^135Xe.
Печень	^137Cs, ^58Co, ^60Co, ^239Ne, ^238Pt, ^239Pt, ^241Pt.
Кости	^140Ba, ^14C, ^154Er, ^155Er, ^32P, ^238Pt, ^239Pt, ^241Pt, ^147Pr, ^226Ra, ^89Sr, ^90Sr, ^234Th, ^233U, ^90Y, ^65Zn.
Селезенка	^210Po.
Почки	^134Cs, ^137Cs, ^106Rt.
Яичники	^140Ba, ^134Cs, ^137Cs, ^58Ko, ^60Ko, ^131I, ^85Kr, ^239Pt, ^40K, ^42K, ^106Rt, ^90Y, ^65Zn.
Мышцы	^134Cs, ^137Cs, ^154Er, ^155Er, ^40K, ^42K.
Кожа	^35S

 

Возможные пути попадания продуктов радиоактивного распада внутрь организма следующие: дыхательные пути, при употреблении пищи, курении. В редких случаях внутреннее облучение происходит через кожу.

Как известно, все живые организмы постоянно подвергаются облучению за счет естественного фона (космическое излучение, радиоактивное излучение недр Земли, радионуклиды атмосферы, гидросферы, литосферы).

Средняя годовая эквивалентная доза фонового радиоактивного излучения составляет примерно 240-250 мбэр:

ü Внутреннее облучение - ≈135 мбэр;

ü Источники земного происхождения - ≈35 мбэр;

ü Космическое излучение - ≈30 мбэр;

ü Рентгенодиагностика - ≈35-40 мбэр;

ü Прочие – 2-5 мбэр

Ниже представлены приблизительные дозы облучения, которые человек может получить, и получает в течение жизни от различных источников:

ü 450 бэр - тяжелая степень лучевой болезни (ЛБ)

ü 100 бэр - нижний уровень развития ЛБ

ü 75 бэр - кратковременное незначительное изменение состава крови

ü 30 бэр - облучение при рентгеноскопии желудка (местное)

ü 370 мбэр - облучение при флюорографии

ü 25 бэр - допустимое аварийное облучение персонала (разовое)

ü 10 бэр - допустимое аварийное облучение населения (разовое)

ü 5 бэр - допустимое облучение персонала в нормальных условиях за год

ü 3 бэр - облучение при рентгенографии зубов (местное)

ü 500 мбэр - допустимое облучение населения за год

ü 100 мбэр - фоновое облучение за год

ü 0,5 мбэр - просмотр в течении года программ по ТВ по 3 часа в день

ü 0,25 мкбэр/час - на расстоянии 250 см от экрана

ü 1 мкбэр/час - на расстоянии 50 см от экрана

ü 1 мкбэр - -просмотр одного хоккейного матча по ТВ

ü 0,1 мкбэр - полет на самолете на расстояние 2400 км

ü 14 - 15 бэр - человек получает за всю жизнь от всех источников облучения

 Заболевания, вызванные в результате воздействия ионизирующих излучений, делятся на острые и хронические.

Острое лучевое поражение возникает при облучении большими дозами за короткое время.

Протекание острой лучевой болезни, в основном, происходит по четырем стадиям:

1) Первичная стадия (через несколько часов после облучения появляется тошнота, головокружение, рвота, учащенный пульс, лейкоцитоз, слабость);

2) Скрытая стадия (чем короче эта стадия, тем тяжелее исход болезни, видимое благополучие);

3) Стадия разгара заболевания (тошнота, рвота, сильное недомогание, высокая температура тела (40-41˚ С), кровотечение из десен, носа и внутренних органов, резкое снижение лейкоцитов);

4) Стадия выздоровления или летального исхода.

Хроническая лучевая болезнь возникает при облучении малыми дозами в течение длительного времени и бывает как общей, так и местной. Развитие болезни происходит в скрытой форме.

Различают три степени хронической болезни:

1) Легкая степень (незначительные головные боли, слабость, нарушение аппетита и сна);

2) Вторая степень (усиление симптомов первой степени, нарушение обмена веществ, сердечно-сосудистые изменения, кровоточивость, расстройство пищеварительных органов);

3) Третья степень (нарушение деятельности половых желез, изменения в центральной нервной системе, выпадение волос, кровоизлияния).

При однократном общем облучении могут быть следующие последствия, показанные в таблице 12.

 

 

Таблица 12. Последствия от однократного облучения человека

Доза облучения, бэр	Последствия
< 50	Отсутствие клинических симптомов
50-100	Незначительное недомогание
100-200	Легкая степень лучевой болезни
200-400	Тяжелая степень лучевой болезни
>600	Крайне тяжелая степень (часто с летальным исходом)

Ориентировочные нормы радиационной безопасности людей представлены в таблице 13.

Таблица 13. Ориентировочные нормы радиационной безопасности людей

Квартальная доза	30 мЗв - 3 бэр - 3,4 Р
Годовая доза	50 мЗв - 5 бэр - 5,7 Р
Аварийная доза.	100 мЗв - 10 бэр - 11,4 Р
Катастрофическая доза	259 мЗв - 25 бэр - 28,4 Р
Критическая доза.	1 Зв - 100 бэр - 113,6 Р
Полулетальная доза	4 Зв - 400 бэр - 454,5 Р
Летальная доза	7 Зв - 700 бэр - 795,4 Р

 

  Методы регистрации ионизирующих излучений, основы дозиметрии

Существует множество методов, позволяющих фиксировать ионизирующее излучение. Рассмотрим некоторые из них.

Метод фотоэмульсий. Явление радиоактивности было открыто А. Беккерелем по действию ядерных излучений на фотопластинку. Способность ионизирующих излучений действовать на фотоэмульсии применяется в настоящее время при исследованиях в области физики элементарных частиц и космического излучения.

Быстрая заряженная частица при движении в слое фотоэмульсии в результате ионизации создает вдоль траектории своего движения центры скрытого изображения. После проявления появляются изображения следов первичной частицы и всех заряженных частиц, возникших в эмульсии в результате ядерных взаимодействий с первичной частицей. По толщине следа в фотоэмульсии и его длине модно определить заряд частицы и ее энергию. Если приложить фотопленку к образцу, содержащему радиоактивные вещества, и проявить, то обнаруживаются темные пятна против тех мест, где сосредоточены радиоактивные изотопы. Рассматривая фотопленку, можно узнать, сколько радиоактивных веществ содержится в образце и как они распределены в нем.

Сцинтилляционные счетчики. Сцинтилляционные счетчики предназначены для измерения γ- и других типов излучения. Они могут быть твердые или жидкостные. В счетчиках содержится вещество, которое превращает невидимое излучение в видимое, регистрируемое фотоэлектрической системой.

Процесс преобразования кинетической энергии быстрой заряженной частицы в энергию световой вспышки называется сцинтилляцией. В современных сцинтилляционных счетчиках регистрация световых вспышек производится с помощью приборов, в которых за счет использования явления фотоэффекта энергия световой вспышки в веществе преобразуется в импульс электрического тока, который усиливается и затем регистрируется. Исследуя спектр амплитуд электрических импульсов на выходе сцинтилляционного счетчика, можно изучить энергетический спектр исследуемого излучения.

Пузырьковая камера. В камере находится жидкость при температуре, близкой к кипению. Быстрые заряженные частицы проникают в рабочий объем камеры и образуют на своем пути цепочку ионов. В тот момент, когда частицы пронизывают рабочий объем камеры, давление понижают и жидкость переходит в перегретое состояние. Ионы, образующиеся вдоль пути следования частицы, обладают избытком кинетической энергии. За счет этой энергии повышается температура жидкости в микроскопическом объеме вблизи каждого иона, она вскипает, и образуются пузырьки пара вдоль траектории движения быстрой частицы через жидкость. Пузырьки пара создают след частицы.

Для наполнения пузырьковых камер используют жидкий водород, пропан, ксенон и некоторые другие жидкости. Пузырьковую камеру также помещают в постоянное магнитное поле.

Газоразрядные счетчики. Для регистрации быстрых заряженных частиц и γ-квантов применяются счетчики Гейгера-Мюллера. Цилиндрическая трубка служит корпусом счетчика, по ее оси натянута тонкая металлическая нить, нить и корпус разделены изолятором. Рабочий проем заполняется смесью газов, например аргоном с примесью паров метилового спирта, при давлении около 0,1 атмосферного.

Для регистрации ионизирующих частиц между корпусом счетчика и нитью прикладывается высокое постоянное напряжение, нить является анодом. Пролетающая через рабочий объем счетчика заряженная частица производит на своем пути ионизацию атомов газа. Под действием электрического поля свободные электроны движутся к аноду, положительные ионы – к катоду. Напряженность электрического поля вблизи нити анода счетчика настолько велика, что свободные электроны при приближении к нему на пути между соударениями с нейтральными атомами приобретают энергию, достаточную для их ионизации. Освобожденные электроны разгоняются электрическим полем и ионизируют на своем пути новые нейтральные атомы, и процесс ионизации лавинообразно нарастает. В счетчике возникает коронный разряд, который через короткий промежуток времени прекращается.

С включенного последовательно со счетчиком резистора через конденсатор на вход регистрирующего устройства поступает импульс напряжения. По показаниям электронного счетного устройства определяется число заряженных частиц, зарегистрированных счетчиком.

Ионизационная камера. Для измерения доз ионизирующих излучений применяются также ионизационные камеры. Это устройство представляет собой цилиндрический конденсатор, между электродами которого находится воздух или другой газ. С помощью счетчика постоянного напряжения между электродами камеры создается электрическое поле. В обычных условиях в воздухе свободных зарядов очень мало, потому измерительный прибор, включенный в цепь камеры, тока не обнаруживает. При облучении рабочего объема камеры ионизирующими излучениями происходит ионизация воздуха. Положительные и отрицательные ионы под действием электрического поля приходят в движение. Сила ионизационного тока в камере обычно составляет доли микроампера. Для измерения таких слабых токов применяются специальные усилительные схемы.

С помощью ионизационных камер можно регистрировать любые виды ядерных излучений. Для регистрации α- и β-излучений радиоактивный препарат помещается внутри рабочего объема камеры. Для регистрации γ-излучения нет нужды вносить радиоактивный препарат внутрь камеры, так как гаммакванты легко проникают сквозь стенки камеры, выбивают из них вторичные электроны, а вторичные электроны производят ионизацию в наполняющем газе. Сила ионизационного тока пропорциональна мощности дозы излучения.

Для измерения доз гамма-излучения, получаемых человеком, используют карманные дозиметры, по форме и размерам напоминающие обычную авторучку. Внутри такого дозиметра имеется ионизационная камера с рабочим объемом несколько см³. по оси камеры укреплен стержень электрометра. Размеры электрометра настолько малы, что для отсчета показаний шкалу его приходится рассматривать в небольшой микроскоп, вмонтированный в корпус дозиметра. Перед использованием электрометр карманного дозиметра заряжается. Протекающий в камере ионизационный ток разряжает электрометр, при этом нить дозиметра перемещается по шкале, которая отградуирована в единицах дозы облучения.

Нормирование ионизирующих излучений и способы защиты от них

Предельно допустимые уровни ионизирующих излучений устанавливаются «Нормами радиационной безопасности» (НРБ-99) и гигиеническими нормативами ГН 2.6.1.054 – 96. Эти документы являются основными правовыми нормативными актами в области радиационной безопасности нашей страны.

Требования и нормативы, установленные Нормами, являются обязательными для всех юридических лиц, независимо от их подчиненности и формы собственности, в результате деятельности которых возможно облучение людей, а также для администраций субъектов Российской Федерации, местных органов власти, граждан Российской Федерации, иностранных граждан и лиц без гражданства, проживающих на территории Российской Федерации.

Нормы являются основополагающим документом, регламентирующим требования Федерального закона "О радиационной безопасности населения" в форме основных пределов доз, допустимых уровней воздействия ионизирующего излучения и других требований по ограничению облучения человека. Никакие другие нормативные и методические документы не должны противоречить требованиям Норм (6).

НРБ-99 включают в себя определения и термины радиационной безопасности, устанавливают основные дозовые пределы, ПДК радиоактивных веществ в воздушной зоне, в воде открытых водоемов, допустимое содержание радиоактивных веществ в органах и тканях и т. п.

Главной целью радиационной безопасности является охрана здоровья населения, включая персонал, от вредного воздействия ионизирующего излучения путем соблюдения основных принципов и норм радиационной безопасности без необоснованных ограничений полезной деятельности при использовании излучения в различных областях хозяйства, в науке и медицине.

Основу системы радиационной безопасности, сформулированной в данных Нормах, составляют современные международные научные рекомендации, опыт стран, достигших высокого уровня радиационной защиты населения, и отечественный опыт. Данные мировой науки показывают, что соблюдение Международных основных норм безопасности, которые легли в основу Норм, надежно гарантирует безопасность работающих с источниками излучения и всего населения.

На основании нормативных требований устанавливают порядок проведения работ с источниками ионизирующих излучений и обеспечение ликвидации радиоактивных отходов. Нормы радиационной безопасности относятся только к ионизирующему излучению. В Нормах учтено, что ионизирующее излучение является одним из множества источников риска для здоровья человека, и что риски, связанные с воздействием излучения, не должны соотноситься только с выгодами от его использования, но их следует сопоставлять и с рисками нерадиационного происхождения.

Для обеспечения радиационной безопасности при нормальной эксплуатации источников излучения необходимо руководствоваться следующими основными принципами:

- запрет превышения допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников излучения (принцип нормирования);

- запрещение всех видов деятельности по использованию источников излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным облучением (принцип обоснования);

- поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника излучения (принцип оптимизации).

Ответственность за соблюдение Норм устанавливается в соответствии со статьей 55 Закона Российской Федерации "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения".

Установлены следующие категории облучаемых лиц:

ü Категория А (персонал) – лица, постоянно или временно работающие с источниками ионизирующих излучений;

ü Категория Б – ограниченная часть населения, проживающая рядом с предприятиями, на которых находятся радиоактивные источники;

ü Категория В – остальное население страны.

В таблице 14 представлены дозовые пределы внешнего и внутреннего облучения для лиц категорий А и Б.

Таблица 14. Дозовые пределы облучения для лиц категорий А и Б

Дозовые пределы, бэр/год	Группа критических органов
	I	II	III
ПДД для категории А	5,0	15,0	30,0
ПДД для категории Б	0,5	1,5	3,0

Различные органы человека и животных имеют определенную чувствительность к ионизирующим излучениям. В соответствии с этим установлены три группы критических органов:

I – все тело, гонады и красный костный мозг;

II – мышцы, жировая ткань, щитовидная железа, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталик глаза и другие органы;

III – кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, лодыжки и стопы.

Для обеспечения радиационной безопасности следует выполнять следующие общие принципы защиты:

ü Не превышать предельно допустимые дозы (ПДД);

ü Применять метод защиты расстоянием, временем;

ü Применять защитные экраны, ослабляющие ионизирующие излучения;

ü Использовать средства индивидуальной защиты;

ü Применять исправные приборы индивидуального и общего контроля для определения интенсивности радиоактивного облучения;

ü Выполнять технические, санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические мероприятия.

Источники большой активности, уровни дозы, превышающие предел дозы, закрывают защитными экранами. Выбор материала и толщины защитного экрана зависит от вида излучения, его энергии и активности источника.

Наиболее распространенным методом расчета защиты является метод расчета по необходимой кратности ослабления. Необходимая кратность ослабления определяется отношением дозы излучения в рассматриваемой точке к пределу дозы и показывает во сколько раз необходимо понизить уровень радиации с помощью защитных средств, чтобы обеспечить безопасные условия работы.

Для защиты от α-излучения применяют экраны из стекла, плексигласа толщиной в несколько мм (слой воздуха в несколько см).

В случае β-излучения используют материалы с малой атомной массой (например, алюминий), а чаще комбинированные (со стороны источника – материал с малой, а затем далее от источника – применяют материал с большей атомной массой). При работе с бета - излучением необходимо предусмотреть защиту непосредственно от бета - частиц и защиту от тормозного излучения, возникающего при торможении β - частиц в защитном экране. Тормозное излучение представляет собой кванты энергии, аналогичные Y- квантам. Поэтому для защиты от β - частиц используют комбинированные экраны. В таком экране со стороны источника располагают слой из материалов с малой атомной массой (плексиглас, карболит и т.п.), которые дают низкоэнергетическое тормозное излучение. Толщина этого слоя должна соответствовать длине максимального пробега бета - частиц в данном материале. За ним следует слой из материала с большой атомной массой, обеспечивающий ослабление наведенного тормозного излучения (1.5,3).

Для защиты от γ-излучений применяют материалы с большой атомной массой и высокой плотностью (свинец, вольфрам), а также более дешевые материалы и сплавы (сталь чугун). Стационарные экраны выполняются из бетона: используют свинец, бетон, железо, воду, вольфрам, объединенный уран и осмий. Защита из бетона (r = 2.3 г/см3) прочна, дешева, но весьма громоздка и тяжела. Свинец (r = 11.34 г/см3) эффективен, но имеет плохие механические свойства. Его используют для изготовления контейнеров (в оболочках из железа) для транспортировки изотопов. Вольфрам (r = 19.3 г/см3) и объединенный уран (r = 18.7 г/см3) используют в особо ответственных приборах для обеспечения минимального веса защиты.

Для защиты от нейтронного облучения применяют бериллий, графит и материалы, содержащие водород (парафин и вода). Широко применяются бор и его соединения для защиты от нейтронных потоков с малой энергией: для защиты от нейтронного излучения применяют различные материалы в зависимости от его энергии. Нейтроны с энергией более 0.5 МэВ хорошо ослабляются в результате процессов неупругого рассеяния защитой, состоящей из железа. Нейтроны с энергией менее 0.5 МэВ эффективно ослабляются защитой, содержащей водород (вода, парафин), а также материалы, содержащие бериллий, графит. Наиболее эффективные поглотители тепловых нейтронов - кадмий, бор и железо. Процесс захвата тепловых нейтронов сопровождается испусканием Y - излучения. Для комбинированной защиты от нейтронного и Y - излучения применяют слоевые экраны из тяжелых и легких материалов.

В случае воздействия γ-излучения и нейтронных потоков применяются комбинированные экраны (свинец-вода, свинец-полиэтилен, железо-вода и другие пары комбинаций).

При работе с радионуклидами следует применять средства индивидуальной защиты - спецодежду. В случае загрязнения рабочего помещения радиоактивными изотопами, поверх хлопчатобумажного комбинезона следует надевать пленочную одежду.

Пленочная одежда изготавливается из пластиков или резиновых тканей, легко очищаемых от радиоактивного загрязнения. В случае применения пленочной одежды необходимо предусмотреть возможность подачи воздуха под костюм.

При работе с открытыми источниками с активностью более 10 мкКи применяют перчатки из просвинцованной резины с гибкими нарукавниками. Специальные пневмокостюмы применяются в случае проведения ремонтно-профилактических работ, при которых могут быть большие радиационные загрязнения. Данная спецодежда обеспечивается принудительным поддувом воздуха и является эффективной при работе с радиоактивными веществами.

В комплекты спецодежды входят респираторы, пневмошлемы и другие средства индивидуальной защиты. Для защиты глаз следует применять очки со стеклами, содержащими фосфат вольфрама или свинец.

Генетические последствия радиооблучения

Генетические последствия радиооблучения – это особенности биологического действия ионизирующего излучения на клетки, которые обу­словлены как специфическими свойствами вида излучения, так и организацией жизнедеятельности клеток. Основным отли­чием ионизирующего излучения от других поражающих факторов (высокой темпера­туры, химических ядов и др.) является его способность ионизировать любые атомы. При ионизации происходит отрыв электро­на от атома и образование ионов. Если при облучении живых клеток ионизируются атомы, входящие в небольшие молекулы (напр. воды, сахаров, аминокислот, вита­минов и др.), эти молекулы могут распадать­ся с образованием вторичных продуктов — свободных радикалов, обладающих боль­шой реакционной способностью. Этот про­цесс называется радиолизом. При иониза­ции атомов макромолекул (белков, фер­ментов, нуклеиновых кислот), они теряют свои биологические функции, т. е. инактивируются.

 Различают два пути воздействия на клет­ки ионизирующего излучения: прямой, при котором энергия излучения поглощается непосредственно в самих макромолекулах, и косвенный, при котором энергия излуче­ния поглощается водой и другими низкомо­лекулярными соединениями клетки, а мак­ромолекулы повреждаются продуктами ра­диолиза. Однако большинство наблюдаемых изменений являются временными и не вызывает гибели клетки. И лишь ионизация уникальной для клетки гигантской молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), несущей в себе всю генетическую информацию может привести к потере клеткой способности к неограниченному делению, т. е. репродуктивной гибели клетки. Это происходит в результате разрыва одной или обе их нитей молекулы ДНК, что препятствует дальнейшему воспроизводству нормальных клеток. Конечный поражающий эффект облучения опре­деляется невосстановленной после естественной репарации частью этих повреждений. Доля их в обычных условиях очень невелика и составляет малые доли процента, что и обусловливает относитель­ную устойчивость живых клеток к дейст­вию ионизирующего излучения.

В последнее время особое внимание ис­следователей привлекают некоторые осо­бенности действия на клетки малых доз ионизирующего излучения в связи с обна­руженной его способностью стимулировать пролиферацию (размножение) покоящихся клеток и инициировать адаптивный ответ, т. е. снижение эффекта больших доз при предварительном облучении в малой дозе около 10 рад (0,1 Гр). Механизм этих про­цессов пока окончательно не выяснен.

Способность ионизирующего излучения вызывать генетические (наследственные) изменения была впервые обнаружена совет­скими учеными Г. А. Надсоном и Г. С.

Фи­липповым в 1925 г. при обработке лучами радия клеток дрожжей. В 1927 г. американ­ский генетик Г. Меллер обосновал факт воз­никновения изменений в наследственных структурах под действием рентгеновских лучей, используя методы количественного учета мутаций у мушки дрозофилы. Впослед­ствии исследования Н. В. Тимофеева-Ре­совского, М. Демереца, К. Штерна, Дж. Ли, М. Дельбрюка, А. С. Серебровского и дру­гих ученых позволили выявить основные ра­диобиологические закономерности возник­новения мутаций.

               Классификация мутаций.

Мутации - (лат. mutatio — изменение) — это внезапные естественные или вызванные ис­кусственно наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изме­нению тех или иных признаков организма. Организм, несущий в своем генетическом материале мутацию, называют мутантом. Основы учения о мутациях были заложены голландским ботаникомГуго де Фризом в 1901-1903 гг. в его классическом труде «Мутационная теория». Молекулярный механизм мутаций стал выяснятся с развити­ем молекулярной генетики в 1930-е гг.

Условно мутации делят на спонтанные, возникающие под влиянием природных фак­торов внешней среды или в результате биохимических изменений в самом организме, и индуцированные (лат. inductio — наведе­ние), возникающие под влиянием специального воздействия мутагенных факторов, напр. ионизирующего излучения, химиче­ских веществ, в т. ч. лекарственных препа­ратов, пищевых консервантов, пестицидов и т. п.

Мутации могут быть прямыми, если их проявление приводит к отклонению от при­знаков т. н. дикого типа (наиболее распрос­траненного в природе) и обратными (ревер­сии), если они приводят к восстановлению дикого типа. Мутации, возникающие в по­ловых клетках (генеративные), передаются следующим поколениям; происходящие в любых других (соматических) клетках орга­низма (соматические мутации) — наследу­ются только дочерними клетками, образо­вавшимися путем митоза, т. е. оказывают воздействие лишь на тот организм, в кото­ром возникли. Ядерные мутации затрагива­ют хромосомы ядра, цитоплазматические — генетический материал, заключенный в цитоплазматических органоидах клетки — ми­тохондриях, пластидах. В зависимости от характера изменений в генетическом мате­риале различают точечные мутации, геном­ные мутации и хромосомные аберрации (перестройки).

Точечные мутации (относящиеся к опре­деленному генному участку) представляют собой результат изменения последователь­ности нуклеотидов в молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), являющейся носителем генетической информации. То­чечные мутации связаны с добавлением (дупликации, вставки), выпадением (делеции) или перестановкой (инверсии) оснований в ДНК.

Хромосомные аберрации, или перестройки, являются более крупными изменения­ми структуры хромосом, часто видимыми в световой микроскоп. Самая простая форма аберрации — это делеция, или нехватка, т. е. утрата хромосомой какого-либо участ­ка — промежуточного или концевого. К хромосомным аберрациям относятся также: инверсия — поворот участка хромосомы на 180°; транслокация — обмен участками между негомологичными хромосомами; транспози­ция — перемещение участка хромосомы либо внутри той же хромосомы, либо в другую хромосому.

Геномные мутации связаны с изменением числа хромосом в клетке, кратным одинар­ному набору хромосом (полиплоидия, гаплоидия), а также увеличением или умень­шением числа отдельных хромосом (анеуплоидия).

Часть исследователей подразделяет мута­ции на генные и хромосомные.В этом случае к генным мутациям относят все типы точеч­ных мутаций, к хромосомным — изменения числа хромосом и их макроструктуры. Хро­мосомные аберрации могут быть отнесены как к генным, так и к хромосомным мутаци­ям в зависимости от размера участка, затра­гиваемого перестройкой. Все виды мутаций могут иметь фенотипическое (внешнее) про­явление и в зависимости от этого подразде­ляются на морфологические, биохимичес­кие, летальные и т. д., а также могут быть доминантными (подавляющими развитие другого признака) и рецессивными (подав­ляемыми), в зависимости от их проявления у гибридов.

Хромосомные аберрации, а также геном­ные мутации вызывают, как правило, значительные отклонения от нормы у их носи­телей. Например, у человека, имеющего в норме 46 хромосом, в случае трисомии по двадцать первой хромосоме (три двадцать первых хромосомы вместо двух, т. е. один из вариантов анеуплоидии) развивается врожденное заболевание — синдром Дауна, в случае трисомии по тринадцатой хромо­соме — синдром Патау, в случае трисомии по восемнадцатой хромосоме — синдром Эдвардса и т. п.

Генные мутации, составляющие основ­ную долю всех мутаций, вызывают чрезвы­чайно разнообразные изменения признаков. Например, известны мутации в отдельных генах человека, приводящие к наследствен­ным заболеваниям (гемофилия, фенилкетонурия и т. п.), мутации, затрагивающие раз­личные органы и биохимические процессы в организме.

Мутации в соматических клетках (не по­ловых) могут приводить к гибели клеток, а также считаются одной из причин возник­новения онкологических заболеваний у об­лученных людей. Мутации в клетках разви­вающегося эмбриона приводят к различным ненаследуемым порокам развития.

Реже возникают мутации, улучшающие те или иные свойства, но именно они дают основной материал для естественного и ис­кусственного отбора, являясь необходимым условием эволюции в природе и селекции полезных форм растений, животных и мик­роорганизмов.

Возникновение мутаций под влиянием ионизирующего излучения.

Процессы, приводящие к образованию мутаций в результате облучения, сложны и окончательно не выяснены. Как известно, молекула ДНК состоит из мономерных еди­ниц — нуклеотидов.В состав нуклеотида входят пятиуглеродный сахар, азотистое ос­нование и фосфорная кислота. Нуклеотиды составляют длинные молекулы, называе­мые полинуклеотидами, которые закручены в две нити, свитые вместе и образующие двойную спираль. Каждая нить состоит из сахарофосфатного остова, вдоль которого перпендикулярно оси двойной спирали рас­полагаются азотистые основания. Находя­щиеся друг против друга основания проти­воположных нитей связаны между собой во­дородными связями. Сохранность структу­ры молекулы ДНК обеспечивает неизмен­ность наследственной (генетической) ин­формации, закодированной внутри хромо­сом в последовательности азотистых осно­ваний, расположенной вдоль сахарофосфатной нити ДНК. При облучении, в результа­те попадания кванта энергии или частицы в молекулу ДНК, на первом этапе возмож­ны два типа повреждений:

1) потери нуклеотидов или химические изменения азотистых оснований (пуриновых и пиримидиновых);

2)  повреждения сахарофосфатных нитей (одиночные и двойные разрывы).

Азотистые основания повреждаются при­мерно в 3 раза чаще, чем сахарофосфатные нити ДНК. Около 80—90 % электронов и свободных радикалов, образующихся при облучении, реагируют с азотистыми осно­ваниями — наиболее нестойкими частями молекулы, и только 10—20 % энергии излу­чения расходуется на разрушение сахарофосфатного остова ДНК.