Биологическое действие ионизирующих излучений

Ионизирующие излучения имеют ряд общих свойств, два из которых способность проникать через материалы различной толщины и ионизировать воздух и живые клетки организма; заслуживают особенно пристального внимания.

При изучении действия излучения на организм были определены следующие особенности:

1. Высокая эффективность поглощённой энергии. Малые количества поглощённой энергии могут вызывать глубокие биологические изменения в организме.

2. Наличие скрытого, или инкубационного периода проявления действий ионизирующего излучения. Этот период часто называют «периодом мнимого благополучия».

Продолжительность его сокращается при облучении в больших дозах.

3. Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться. Этот эффект называется «кумуляцией».

4. Излучение воздействует не только на данный живой организм, но и на потомство. Это так называемый «генетический эффект».

5. Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению. При ежедневном воздействии дозы 0,002-0,005 гр. уже реагируют на облучение.

6. Не каждый организм в целом одинаково реагирует на облучение.

7. Облучение зависит от частоты. Одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фракционированные.

Энергия, излучаемая радиоактивными веществами, поглощается окружающей средой. Вследствие воздействия ионизирующего излучения на организм человека, в тканях могут происходить сложные физические, химические и биологические процессы. Ионизирующие излучения, воздействуя на живой организм, вызывают в нём цепочку обратимых изменений, которые приводят к тем или иным биологическим последствиям, зависящим от воздействия и условий облучения.

Под влиянием ионизирующего излучения атомы и молекулы живых клеток ионизируются. Согласно одной точки зрения ионизация атомов и молекул, которая возникает под действием излучения, ведёт к разрыву связей в белковых молекулах, что приводит к гибели клеток и поражению всего организма.

Согласно другим воззрениям в основе действия радиоактивных излучений на организм человека лежат следующие процессы:

1. Поглощение энергии излучений веществами. 

2. Образование активных свободных радикалов и ионов, превращение энергии излучения в химическую энергию.

3. Развитие первичных радиохимических реакций после непосредственного облучения.

Под влиянием этих процессов в облучённом организме происходит ряд биофизических, физико-химических и других изменений:

1. В формировании биологических последствий воздействия ионизирующих излучений играют роль продукты радиолиза воды, которая, как известно, составляет до 70% в массе организма человека. Вода, под воздействием излучения, расщепляется на водород Н⁺ и гидроксильную группу ОН⁼, которые либо непосредственно, либо через цепь вторичных превращений образуют продукты с высокой химической активностью: гидратный оксид ОН и перекись водорода Н₂О₂. Эти соединения взаимодействуют с молекулами органического вещества ткани, окисляя и разрушая её.

В результате ионизации молекулы воды образуют свободные радикалы Н и ОН по следующей схеме:

Н₂О …… Н + ОН;

Н₂О……. ОН + Н.

В присутствии кислорода образуются также свободный радикал гидроперекиси (НО) и перекись водорода (Н₂О₂), являющиеся сильными окислителями.

Получающиеся в процессе радиолиза воды свободные радикалы, обладая высокой химической активностью, вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других структурных элементов биологической ткани, что приводит к изменению биологических процессов в организме.

Влияние радиоактивного излучения на организм человека в очень упрощённом виде можно представить следующим образом. Предположим, что в организме человека осуществляется нормальный процесс пищеварения. Пища, которая поступает, расщепляется на более простые соединения, которые потом поступают через мембрану внутрь каждой клетки и будут использованы как строительный материал для воспроизводства себе подобных (клеток), для компенсации энергетических затрат на транспорт вещества и их переработку. Во время воздействия на мембрану сразу же нарушаются молекулярные связи, атомы превращаются в ионы. Через разрушенную мембрану в клетку начинают поступать посторонние (токсичные) вещества, работа клетки нарушается. Если доза излучения небольшая, происходит рекомбинация электронов, то есть возврат их на своё место.

Молекулярные связи восстанавливаются, и клетка продолжает выполнять свои функции. Если доза излучения большая или много раз повторяется, то электроны не успевают рекомбинировать молекулярные связи, не восстанавливаются; выходит из строя большое количество клеток, работа органов расстраивается, нормальная жизнедеятельность организма становится невозможной.

2. Нарушается синтез белка, что приводит к прекращению размножения клеток.

3. Прекращается регенерация тканей.

4. Поражается периферическая и центральная нервные системы.

5. Организм теряет иммунитет, нарушается обмен всех видов веществ (углеводного, водного, белкового, минерального, витаминного).

К чему это приводит?

1. Наступает гибель клеток и структурных элементов тканей (лейкопения, эритропения).

2. Наступает отравление – интоксикация организма продуктами распада тканей, а также необычными химическими веществами, образующимися в организме под влиянием излучений.

3. Подавляется активность всех ферментных систем (оксидаз, холинэстераз).

4. Необычные продукты распада приводят к первичной аллергизации организма и к последующему аллергическому проявлению на повторные выделения этих веществ.

5. Появляется предрасположение к различным инфекционным заболеваниям и даже вызываемыми непатогенными микробами:

- нарушаются естественные защитные барьеры организма человека;

- антитела разрушаются, а новые не продуцируются или продуцируются слабо.

6. Поражается центральная нервная система, что приводит к нарушению нервной регуляции.

7. Поражается эндокринная система, нарушается эндокринная регуляция.

8. Нарушается проницаемость кровеносных сосудов, кровоизлияния.

9. Происходит изменение кроветворной функции, изменяется состав крови.

Все эти изменения в организме приводят к заболеваниям.

Наибольшему влиянию подвергаются клетки красного кровяного мозга, щитовидная железа, лёгкие, внутренние органы, то есть органы, которые имеют высокий уровень деления. При одной и той же дозе излучения у детей поражаются больше клеток, чем у взрослых, поскольку у детей все клетки пребывают в стадии деления.

Специфика действия ионизирующих излучений на биологические объекты заключается в том, что производимый им эффект обусловлен не столько количеством поглощённой энергии в облучаемом объекте, сколько той формой, в которой эта энергия передаётся.

Никакой другой вид энергии (тепловой, электрической и др.), поглощённой биологическим объектом и том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывает ионизирующее излучение.