Глава 4. Биологическое действие излучения

Воздействие радиации на организм человека было обнаружено практически одновременно с открытием рентгеновского излучения (1985 г.) и радиоактивности (1896 г). Вскоре после открытия биологического действия ионизирующих излучений было установлено, что любой живой организм при определенной дозе облучения погибает.

Радиобиологический парадокс

Дозы излучения, приводящие к гибели разных объектов, различаются в очень широких пределах (табл. 4.1).

При однократном равномерном облучении всего тела человека фотонами гибель 5 % облученных наступает при поглощенной дозе 3,5 Гр в условиях, когда отсутствует специальная медицинская помощь.

Каждому биологическому виду свойственна своя мера чувствительности к действию ионизирующей радиации, которая характеризует его радиочувствительность. Степень радиочувствительности сильно варьирует в пределах одного биологического вида. Индивидуальная радиочувствительность обусловливается генетическими факторами, онтогенезом[30] и физиологическими особенностями индивида. При этом в одном организме различные клетки и ткани по-разному реагируют на воздействие ионизирующего излучения.

Таблица 4.1

Поглощенные дозы фотонного излучения LD ₅₀[31], при которых погибает 50 % облученной популяции

Биологический вид	LD 50, Гр	Биологический вид	LD 50, Гр
Обезьяны	2,5 – 6	Насекомые	10 – 100
Крысы	7 – 9	Растения	10 – 1500
Кролик	9 – 10	Дрожжи	300 – 500
Птицы, рыбы	8 – 20	Простейшие	1000 – 3000

 

Никакой другой вид энергии, поглощенной биологическим объектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывает ионизирующее излучение. Это явление носит название радиобиологического парадокса. Суть его заключается в том, что при передаче очень небольшой энергии телу человека с помощью ионизирующего излучения возможны самые серьезные последствия.

Представим, что телу человека с массой 100 кг была передана энергия, равная 1000 Дж. Иными словами, дополнительная энергия, переданная единице массы тела, составляет 10 Дж/кг. Механическим эквивалентом такого воздействия является резкая остановка, например, велосипедиста, двигавшегося со скоростью 4,5 м/с (~ 16 км/ч):

. (4.1)          

С точки зрения теплофизики последствия такого воздействия (передача тепла Δ Q = 10 Дж/кг) просто ничтожные. Если принять теплоемкость биологической ткани С равной теплоемкости воды[32], то такое воздействие приведет к кратковременному повышению температуры тела Δ Т человека примерно на две тысячных градуса:

.          (4.2)

Если телу человека с массой 100 кг будет передана энергия ионизирующего излучения, также равная 1000 Дж, то последствия такого облучения будут фатальные. Передача такой энергии соответствует средней по телу керме, равной 10 Гр, что с большой вероятностью может привести к гибели человека уже через 10 – 20 дней после облучения.

Для решения парадокса рассмотрим биологическое действие излучения в виде нескольких этапов - передача энергии ионизирующего излучения атомам и молекулам биологической ткани, клеточные эффекты излучения и биологические эффекты излучения у человека.