Біологічна дія іонізуючих випромінювань.

 

Радіоактивні ізотопи надходять всередину організму з пилом, повітрям, їжею або водою і поводять себе по-різному: деякі ізотопи розподіляються рівномірно в організмі людини (тритій, вуглець, залізо, полоній); деякі накопичуються в кістках (радій, фосфор, стронцій); інші залишаються в м’язах (калій, рубідій, цезій); накопичуються в щитовидній залозі (йод), у печінці, нирках, селезінці (рутеній, полоній, ніобій) тощо.

Під впливом радіоактивного випромінювання атоми і молекули живих клітин іонізується, в результаті чого відбуваються складні фізико-хімічні процеси, що призводять до загибелі клітин або їх мутації.

Згідно з одними поглядами, іонізація атомів і молекул, що виникає під дією випромінювання, веде до розірвання зв’язків у білкових молекулах, що призводить до загибелі клітин і поразки всього організму. Згідно з іншими уявленнями, у формуванні біологічних наслідків іонізуючих випромінювань відіграють роль продукти радіолізу води, яка, як відомо, становить до 70 % маси організму людини. При іонізації води утворюються вільні радикали Н⁺ та ОН^-, а в присутності кисню – пероксидні сполуки, що є сильними окислювачами. Останні вступають у хімічну взаємодію з молекулами білків та ферментів, руйнуючи їх, в результаті чого утворюються сполуки, не властиві живому організму. Це призводить до порушення обмінних процесів, пригноблення ферментних і окремих функціональних систем, тобто порушення життєдіяльності всього організму.

Вплив радіоактивного випромінювання на організм людини можна уявити в дуже спрощеному вигляді таким чином. Припустімо, що в організмі людини відбувається нормальний процес травлення. Їжа, що надходить, розкладається на більш прості сполуки, які потім надходять через мембрану усередину кожної клітини і будуть використані як будівельний матеріал для відтворення собі подібних, для відшкодування енергетичних витрат на транспортування речовин і їхню переробку. Під час потрапляння випромінювання на мембрану відразу ж порушуються молекулярні зв’язки, атоми перетворюються в іони. Крізь зруйновану мембрану в клітину починають надходити сторонні (токсичні) речовини, робота її порушується. Якщо доза випромінювання невелика, відбувається рекомбінація електронів, тобто повернення їх на свої місця. Молекулярні зв’язки відновлюються, і клітина продовжує виконувати свої функції. Якщо ж доза опромінення висока або дуже багато разів повторюється, то електрони не встигають рекомбінувати; молекулярні зв’язки не відновлюються; виходить з ладу велика кількість клітин; робота органів розладнується; нормальна життєдіяльність організму стає неможливою.

Специфічність дії іонізуючого випромінювання полягає в тому, що інтенсивність хімічних реакцій, індуційованих вільними радикалами, підвищується, й у них втягуються багато сотень і тисячі молекул, не порушених опроміненням. Таким чином, ефект дії іонізуючого випромінювання зумовлений не кіль-кістю поглинутої об’єктом, що опромінюється, енергії, а формою, в якій ця енергія передається. Ніякий інший вид енергії (теплова, електрична та ін.), що поглинається біологічним об’єктом у тій самій кількості, не призводить до таких змін, які спричиняє іонізуюче випромінювання.

В залежності від поглинутої дози випромінювання та індивідуальних особливостей організму викликані зміни можуть носити зворотній або незворотній характер. При незначних дозах опромінення вражені тканини відновлюються.

Особливості дії іонізуючого випромінювання на організм людини:

1) органи чуття не реагують на випромінювання;

2) висока руйнівна ефективність поглинутої енергії іонізуючого випромінювання, навіть дуже мала його кількість, може спричинити глибокі біологічні зміни в організмі;

3) присутність прихованого періоду уявного благополуччя, він може бути досить довгим при опроміненнях у малих дозах;

4) малі дози опромінення можуть підсумовуватись і накопичуватись в організмі (кумулятивний ефект);

5) іонізуюче випромінювання негативно вливає не лише на дану людину, а й на її нащадків (генетичний ефект);

6) різні організми мають істотні відмінні особливості реакції на дози опромінення;

7) ефект опромінення залежить від частоти впливу іонізуючого випромінювання. Одноразове опромінення у великій дозі спричиняє більш важкі наслідки, ніж фракціоноване;

8) різні органи організму мають різну чутливість до випромінювання.

Небезпека радіоактивних елементів для людини визначається здатністю організму поглинати та накопичувати ці елементи. Тому при потраплянні радіоактивних речовин усередину організму вражаються ті органи та тканини, у яких відкладаються ті чи інші ізотопи: йод – у щитовидній залозі; стронцій – у кістках; уран і плутоній – у нирках, товстому кишечнику, печінці; цезій – у м’язовій тканині; натрій поширюється по всьому організму. Ступінь небезпеки залежить від швидкості виведення радіоактивних речовин з організму людини. Більша частина людських органів є мало чутливою до дії радіації. Так, нирки витримують сумарну дозу приблизно 23 Гр (2300 рад), отриману протягом п’яти тижнів, сечовий міхур – 55 Гр (5500 рад) за один місяць, печінка – 40 Гр (400 рад) за місяць.

Найсильнішого негативного впливу зазнають клітини червоного кісткового мозку, щитовидна залоза, легені, молочні залози, статеві органи (стерилізація при сумарній дозі 200÷300 Р), печінка, нирки, селезінка, очі (часткова або повна втрата зору при дозі в 200÷500 Р), тобто органи, клітини яких мають високий рівень поділу. При одній і тій самій дозі випромінювання у дітей вражається більше клітин, ніж у дорослих, тому що у дітей всі клітини перебувають у стадії поділу.

Внаслідок дії радіації відбувається гальмування функцій кровотворних органів, звуження судин, розлад шлунково-кишкового тракту, імунної системи організму.

Ефекти, викликані дією іонізуючих випромінювань (радіації), систематизуються за видами ушкоджень і часом прояву. За видами ушкодженьїх поділяють на три групи: соматичні, соматико-стохатичні (випадкові, ймовірні), генетичні. За часом проявувиділяють дві групи – ранні (або гострі) і пізні. Ранні ураження бувають тільки соматичні. Це призводить до смерті або променевої хвороби. Постачальником таких часток є в основному ізотопи, що мають коротку тривалість життя, g -випромінювання, потік нейтронів.

Існують різноманітні норми радіоактивного зараження: разові сумарні, гранично допустимі та інше. Всі вони описані в спеціальних довідниках.

Існують порогові значення дози опромінення. За одноразової рівномірної дії g -випромінювання на все тіла з дозою 25 Р суттєві зміни у стані здоров’я людини не настають. При дозі у 25÷50 Р мають місце тимчасові зміни складу крові, які відносно швидко зникають. При дозах 50÷100 Р виникає почуття втоми, у 10 % опромінених спостерігається блювання, помірні зміни складу крові. При більших дозах виникає променева хвороба.

Гостра форма променевої хвороби виникає в результаті опромінення великими дозами за короткий проміжок часу. При дозах порядку тисяч рад ураження організму може бути миттєвим. Хронічна форма розвивається в результаті тривалого опромінення дозами, що перевищують ліміти дози. Більш віддаленими наслідками променевого ураження можуть бути променеві катаракти, злоякісні пухлини та інше.

Форми променевої хвороби:

1) Іступеня (легкого) – при сумарній дозі опромінення 100÷200 Р. Прихований період 2÷3 тижні. Після цього виникає нездужання, слабкість, головний біль, нудота, блювання, зменшення лейкоцитів в крові;

2) ІІ степеня (середньої важкості) – при сумарній дозі опромінення 200÷400 Р. Прихований період близько 1 тижня. Симптоми – важке нездужання, сильний головний біль, часте блювання, розлади функцій нервової системи, кількість лейкоцитів зменшується на половину від норми, з’являються підшкірні крововиливи. Смерть настає у 20 % випадків через 2÷6 тижнів після опромінення;

3) ІІІ ступеня (важкого) – при сумарній дозі опромінення 400÷600 Р. Прихований період до декількох діб. Симптоми – значні порушення функцій організму, сильні блювота, пронос, нестерпний головний біль, втрата свідомості, різке збудження, крововиливи в шкіру та слизові оболонки, різко зменшується кількість лейкоцитів. Смертність – до 50 % протягом 1 місяця;

4) ІV ступеня (вкрай важка форма) – при сумарній дозі понад 600 Р. Прихований період до декількох годин. Руйнування клітин червоного і кісткового мозку, крововиливи у шлунково-кишковий тракт. Без повноцінного лікування смерть настає у понад 80 % протягом першого тижня.

При дозах опромінення від 1000 до 5000 Р опромінена людина вмирає через 1-2 тижні від крововиливу у шлунково-кишковий тракт. Надзвичайно велика доза в 10 000 Р викликає настільки серйозні ураження, що смерть, як правило, настає протягом кількох годин чи діб.

 

Шкідливі речовини.

 

Шкідливі речовини – це такі речовини, які при потраплянні в організм людини можуть призвести до погіршення самопочуття, зниження або втрати працездатності, професійних захворювань або летальних наслідків. Їх поділяють на небезпечні хімічні речовини та промисловий пил.

Шляхи надходження шкідливих речовин в організм:

1) органи дихання (пари, газо- та пилоподібні речовини);

2) шкіра ти слизові оболонки (рідкі речовини);

3) кишково-шлунковий тракт (рідкі та тверді речовини);

4) безпосередньо у кров через відкриті рани.

Швидкість усмоктування хімічних речовин у кров залежить від їх агрегатного стану, розчинності у воді і біосередовищах, парціального тиску в альвеолярному повітрі, величини легеневої вентиляції, кровопотоку в легенях, стану легеневої тканини (наявність запальних вогнищ, транссудатів, ексудатів), характеру хімічної взаємодії з біосубстратами дихальної системи.

Шкідливі речовини, що потрапили тим, чи іншим шляхом в організм можуть викликати отруєння (гострі чи хронічні). Гострі отруєння виникають в результаті одноразової дії великих доз шкідливих речовин (чадний газ, метан, сірководень). Хронічні отруєння розвиваються внаслідок тривалої дії на людину невеликих доз шкідливих речовин (свинець, ртуть, марганець). Найбільша кількість свинцю накопичується в кістках, фтору – в зубах, марганцю – в печінці, ртуті – в нирках.

Ступінь отруєння людини шкідливими речовинами залежить від:

1) токсичності шкідливої речовини;

2) фізико-хімічних властивостей шкідливої речовини;

3) вибірковості дії шкідливої речовини;

4) кількості шкідливої речовини;

5) часу дії шкідливої речовини;

6) шляху проникнення шкідливої речовини;

7) метеорологічних умов (температура, вологість і швидкість руху повітря);

8) індивідуальних особливостей організму людини;

9) інтенсивності м’язового напруження.

Залежно від практичного використання небезпечні хімічні речовини можна поділити на:

1) промислові отрути – які використовуються у виробництві (розчинники, барвники, ртуть, свинець, ароматичні сполуки);

2) отрутохімікати, що використовуються в сільському господарстві для боротьби з бур’янами та гризунами (гербіциди, пестициди);

3) лікарські препарати;

4) хімічні речовини побуту, які використовуються як харчові добавки, засоби санітарії, особистої гігієни, косметичні засоби;

5) хімічна зброя.

За характером впливу на організм людини небезпечні хімічні речовини поділяються на:

1) загальнотоксичні, які викликають отруєння всього організму людини або впливають на окремі системи людського організму – викликають подразнення нервової системи, м’язові судороги, порушують структуру ферментів, впливають на кровотворні органи, взаємодіють з гемоглобіном. Ці речовини можуть викликати патологічні зміни певних органів, наприклад, нирок, печінки. До таких речовин належать такі сполуки, як чадний газ, селітра, концентровані розчини кислот чи лугів, ртуть та її солі, кадмій, вуглеводи, спирт, анілін, синильна кислота та її солі;

2) подразнюючі, що викликають подразнення слизових оболонок, дихальних шляхів, очей, шкіри, легень (хлор, аміак, діоксид сірки, сірководень, озон, пари кислот, лугів, оксиди азоту);

3) сенсибілізуючі, які діють як алергени (органічні азобарвники, діметил-аміноазбенол та інші антибіотики, альдегіди, розчинники, формалін, лаки на основі нітро- та нітрозосполук) – підвищують чутливість організму до хімічних речовин, а у виробничих умовах призводять до алергійних захворювань;

4) канцерогенні (бензпірен, ароматичні вуглеводні, циклічні аміни, азбест, нікель, хром), що викликають розвиток всіх видів ракових пухлин. Цей процес може бути віддалений від часу дії речовини на роки і навіть на десятиріччя;

5) мутагенні (етиленамін, хлоровані вуглеводи, свинець та його сполуки, марганець, нікотин, ртуть та її солі), які викликають негативні зміни генетичної інформації. Вони здійснюють вплив на нестатеві клітини, що входять до складу всіх органів і тканин людини. Під час дії на статеві клітини, мутагенний вплив виявляється у наступних поколінь, іноді навіть в дуже віддалений термін. Хімічні речовини, що впливають на репродуктивну функцію людини (борна кислота, аміак, та інші речовини у великих кількостях), викликають виникнення природжених вад розвитку і відхилень від нормальної структури у наступного покоління, впливають на розвиток плоду і післяродовий розвиток та здоров’я нащадків;

6) Наркотичні речовини впливають на центральну нервову систему (спирти, ароматичні вуглеводи);

За вибірковістю дії шкідливі речовини можна поділити на:

1. серцеві – кардіотоксична дія (ліки, рослинні отрути, солі барію, калію, кобальту, кадмію тощо);

2. нервові – порушення психічної активності (чадний газ, фосфорорганічні сполуки, алкогольні вироби, наркотичні засоби, снотворні ліки);

3. печінкові – хлоровані вуглеводні, альдегіди, феноли, отруйні гриби;

4. ниркові – сполуки важких металів, етиленгліколі, щавлева кислота;

5. кров’яні – похідні аніліну, анілін, нітрити;

6. легеневі – оксиди азоту, озон, фосген.

За тривалістю дії шкідливі речовини можна поділити на три групи:

1) летальні, що призводять або можуть призвести до смерті (у 5 % випадків) – термін дії до 10 діб;

2) тимчасові, що призводять до нудоти, блювоти, набрякання легенів, болю у грудях – термін дії від 2 до 5 діб;

3) короткочасні – тривалість декілька годин. Призводять до подразнення у носі, ротовій порожнині, головного болю, задухи, загальної слабості, зниження температури.

 

Шкідливі речовини, що потрапили в організм людини спричинюють порушення здоров’я лише в тому випадку, коли їхня кількість в повітрі перевищує граничну для кожної речовини величину.

Для послаблення впливу шкідливих речовин на організм людини, для визначення ступеня забрудненості довкілля та впливу на рослинні та тваринні організми, проведення екологічних експертиз стану навколишнього середовища або окремих об’єктів чи районів в усьому світі користуються такими поняттями, як: гранично допустимі концентрації (ГДК) шкідливих речовин (полютантів); граничнодопустимі викиди (ГДВ); гранично допустимі екологічні навантаження (ГДЕН); максимально допустимий рівень (МДР); тимчасово погоджені викиди (ТПВ) та орієнтовно безпечні рівні впливу (ОБРВ) забруднюючих речовин у різних середовищах.

Вважається, що ГДК шкідливої речовини – це такий вміст її у природному середовищі, який не знижує працездатності та самопочуття людини, не шкодить здоров’ю у разі постійного контакту, а також не викликає небажаних (негативних) наслідків у нащадків.

Визначаючи ГДК, враховують ступінь впливу не лише на здоров’я людини, але й на диких та свійських тварин, рослини, гриби, мікроорганізми й природні угруповання в цілому. У державних стандартах наведено більше 700 речовин, для яких встановлені значення ГДК.

При одночасному знаходженні в повітрі або воді декількох шкідливих речовин односпрямованої дії, близьких по хімічному складу і характеру біологічної дії на людину, для визначення можливості перебувати в цьому середовищі користуються такою залежністю:

, (5.4)

де С₁, С₂, С₃,..., С_n – фактичні концентрації шкідливих речовин у повітрі (мг/м³) або воді (мг/л); ГДК₁, ГДК₂, ГДК₃,..., ГДК_n – гранично допустима концентрація шкідливих речовин у повітрі (мг/м³) або воді (мг/л).

Якщо зазначена умова не виконується, то кажуть, що санітарний стан не відповідає нормативним вимогам.

Дуже шкідливою є сумарна дія таких полютантів, як сірчаний газ, діоксид азоту, фенол, аерозолі, сірчана (H₂SO₄) та фтористоводнева (HF) кислоти.

Для різних середовищ ГДК одних і тих самих токсикантів відрізняються.

Під гранично допустимою концентрацією (ГДК)шкідливих речовин у повітрі робочої зони розуміють таку концентрацію, яка при щоденній (крім вихідних днів) роботі протягом 8 годин чи іншої тривалості (але не більше 40 годин на тиждень) за час всього трудового стажу не може викликати професійних захворювань або розладів у стані здоров’я, що визначаються сучасними методами як у процесі праці, так і у віддаленні строки життя теперішнього і наступного поколінь.

За величиною ГДК в повітрі робочої зони шкідливі речовини поділяються на чотири класи небезпеки:

І клас – речовини надзвичайно небезпечні, ГДК менше 0,1 мг/м³ (свинець, ртуть, озон);

ІІ клас – речовини високонебезпечні, ГДК 0,1¸1,0 мг/м³ (сірчана і соляна кислоти, хлор, їдкі луги);

ІІІ клас – речовини помірно небезпечні, ГДК 1,1¸10,0 мг/м³ (толуол, метиловий спирт);

ІV клас – речовини малонебезпечні, ГДК більше 10,0 мг/м³ (аміак, бензин, ацетон, гас).