Йонізуюче випромінювання, властивості та основні механізми взаємодії з біологічними об’єктами. Захист від йонізуючого випромінювання.

Про небезпечність іонізуючого випромінювання (IB) стало відомо практично відразу ж після відкриття радіоактивності. До початку XX ст. вже було опи­сано більше 70 випадків радіаційних шкіряних опіків (еритеми). Зі зростанням термінів спостереження за персоналом з променевими опіками було виявлено, що навіть припинен­ня роботи з IB не зупиняє переродження тканини, яке завер­шується через 6-30 років утворенням злоякісної пухлини і смертю.

Стало відомо, що переопромінення людей можливе також унаслідок попадання мінімальної кількості IB всередину організму.

Усі види IB надто руйнівно діють на живий організм. При вивченні дії IB на організм були виявлені такі особливості:

1. Радіація не має смаку і запаху, її не можна побачити і почути. Тому вплив IB на організм людина не відчуває. У людей відсутні органи чуття, які б сприймали IB. Тому людина може проковтнути, вдихнути радіоактивну речовину (РР) без будь-яких первинних відчуттів.

2.Наявність прихованого (інкубаційного) періоду виявлення дії IB. Видиме ураження шкірного покриву, нездужання, характер­не для променевого захворювання, виявляються не відразу, а через деякий час. Цей період називається періодом гаданого благополуччя, він може тривати досить довго при опроміненні в малих дозах. Тривалість його скорочується зі збільшенням дози опромінення.

3. При систематичному попаданні в організм людини РР відбувається накопичення малих доз, що призводить до проме­невої хвороби. Цей ефект називається кумуляцією.

4.IB на організм людини може впливати як безпосередньо - соматичне ураження (від грец. some - «тіло»), так і вияв­лятися у нащадків — цей ефект називається генетичним.

5. Різні органи живого організму мають свою чутливість до опромінейня. Тому нормами радіаційної безпеки установ­лені три групи критичних органів тіла людини. При щоденному впливі дози (0,2-0,5)10^-2 Зв можуть відбутися зміни в крові.

6. РР, потрапляючи до організму людини, відкладаються ви­бірково в органах і частинах тіла. Залежно від розподілу в тканинах організму виділяють такі РН:

— ті, що розподіляються рівномірно, — тритій, вуглець, залізо, полоній, інертні благородні гази;

— ті, що накопичуються в кістках, — стронцій, кальцій, барій, радій, ітрій, цирконій, плутоній, торій, фосфор, вуглець;

— ті, що залишаються в м'язовій тканині, — цезій, радій, рубідій, кобальт;

— ті, що відкладаються в шлунково-кишковому тракті, - калій, натрій, тритій, полоній;

— ті, що відкладаються в нирках, - рутеній, плутоній;

— ті, що відкладаються в селезінці і лімфатичних вузлах, — рутеній, ніобій.

РН йоду в щитовидній залозі концентрується в 100-200 разів більше, ніж в інших тканинах і органах.

7. Наслідки опромінення однаковими дозами для різних живих організмів неоднакові, тобто видова радіочутливість живих організмів різна. Чим більш примітивна будова організму, тим більшу стійкість до впливу IB він має.

Так, значення напівлетальної дози ЛД₅₀ (30), від якої протя­гом 30 діб гине 50% людей, що зазнали одноразового опромі­нення, складає близько 3-5 Зв.

Напівлегальні дози ЛД50 (30) для різних живих істот, Зв:
дрозофіли равлики черепахи		кури горобці кролі		щурі хом'яки жаби	7,5	миші мавпи собаки	5,5 3,5	свині кози	2,5 2,5

Бактерії, знайдені у воді, що омиває ядерний реактор у Лос-Анджелосі, при дозі 10 тис. Зв не тільки не гинуть, а продовжу­ють розмножуватися, живлячись смолою іонообмінних фільтрів.

8. Ефект опромінення залежить не тільки від дози випромі­нювання, але й від часу, протягом якого одержана ця доза. Виявлено, що для біологічних клітин, які містять О₂, три­вале опромінення малими дозами більш небезпечне, ніж короткочасне великими дозами (до певного рівня).

У чому полягає руйнівна дія радіації? Установлено, що дія радіації відбувається на атомному або молекулярному рівні незалежно від того, отримуємо ми зовнішнє опромінення, чи внутрішнє - через воду і їжу.

IB, діючи на живий організм, викликають у ньому лан­цюжок зворотних і незворотних змін, які призводять до тих чи інших біологічних наслідків. Наслідки залежать від величини впливу, умов і тривалості опромінення. Під час впливу IB на живий організм відбувається іонізація і збудження молекул, що призводить до розриву хімічних зв'язків і їх дисоціації. Це так звана пряма дія IB. Більш важливу роль відіграє механізм побічної дії IB. Під по­бічною дією випромінювання розуміють радіаційно-хімічні зміни в даній розчиненій речовині, зумовлені продуктами радіолізу води.

Основну частину маси живого організму складає вода {у людини - 70-75%). Тому при опроміненні живої тканини значна частина енергії IB поглинається, відбувається її

раді­оліз, при якому молекули розщепляються на пару іонів:

Н₂О⁺ Н₂О⁺ +

Позитивний іон води відразу ж розпадається з утворенням вільного радикала ОН⁰

Н₂О⁺ Н⁺ + ОН⁰,

а вибитий електрон е захоплюється іншою молекулою води, у результаті утворюється негативний іон води, який розпа­дається з утворенням радикала Н⁰:

Н₂О + H₂O^- ОН^- +Н⁰,

Якщо іони Н⁺ и ОН^- рекомбінуючи утворюють воду, то вільні радикали Н⁰ (сильний відновник) і ОН⁰ (сильний окис­лювач) мають високу хімічну активність.

За наявності кисню утворюються також вільні радикали гідроперекису ОН° і перекису водню Н_гО_г°, які є сильними окислювачами.

Вільні радикали води Н⁰, ОН⁰, НО⁰, Н₂О_г⁰, що утворюють­ся в процесі радіолізу води, маючи високу хімічну активність, вступають у хімічні реакції з молекулами білка, ферментів і інших структурних елементів біологічної тканини, що при­водить до зміни біохімічних процесів в організмі. У резуль­таті порушуються обмінні процеси, пригнічується активність ферментних систем, сповільнюється і припиняється ріст тка­нин, виникають нові хімічні сполуки, не властиві організму, -токсини. Порушується життєдіяльність окремих функцій або систем і організму в цілому.

Це призводить до незворотних процесів в організмі люди­ни. Змінюється склад найважливіших тканин живого орга­нізму (зокрема, крові, кісткового і спинного мозку). Починаєть­ся переродження клітин. Наприклад, зменшується кількість еритроцитів (червоних кров'яних тілець) після одноразового опромінення всього тіла людини поглиненою дозою 0,5 Гр через два тижні після опромінення.

У здорової людини налічується близько 10¹⁴ червоних кров'яних тілець, при щоденному відтворенні 10¹², у хворого на променеву хворобу таке співвідношення порушується, вна­слідок чого організм гине.

Специфіка дії IB на біологічні організми полягає в тому, що ефект, який викликається ними, зумовлений не стільки кількістю поглинутої енергії, скільки формою передавання цієї енергії. Жодний інший вид енергії (теплової, електрич­ної та ін.), поглиненої організмом у тій же кількості, не при­зводить до таких змін, як IB.

Наприклад, смертельна доза IB, яка для ссавців дорівнює 5 Гр, відповідає поглинутій енергії випромінювання 5 Дж×кг^-1. Якщо цю енергію перетворити у теплову, то вона нагріла б тіло на 0,001 °С. Це теплова енергія склянки гарячого чаю.