Детерминированные и стохастические эффекты облучения реферат
Обновлено: 07.07.2024
Последствия облучения человека могут проявляться в двух вариантах: детерминированные и стохастические (случайные) эффекты.
Детерминированные эффекты
В основе возникновения после облучения детерминированных эффектов лежит превышение количества погибших клеток над числом образованных.
Такие эффекты наблюдаются при дозах 100 рад.
К детерминированным эффектам относят:
опустошение красного костного мозга, появление лучевой болезни;
нарушение репродуктивной функции;
неопухолевые формы поражения кожи;
сокращение продолжительности жизни.
Если повреждена ткань, играющая жизненно важную роль, то это может привести к смерти человека.
Смертельный исход наступает при получении дозы на все тело около 6 Гр и выше в течение короткого периода времени.
Дозы равные примерно 3 Гр и выше могут быть смертельными для половины облученных людей. При дозах 0,5 - 1 Гр детерминированных последствий практически равна нулю.
Несмотря, что организм обладает эффективным пострадиационным восстановлением, компенсация никогда не бывает полной, и последствия облучения накапливаются.
Накопленные в организме стойкие дефекты облучения снижают его жизнеспособность.
На основании этого различают: однократное (острое) и хроническое облучение.
Острая лучевая болезнь (олб)
Под лучевой болезнью человека понимают комплекс проявлений поражающего действия ИИ на организм.
ОЛБ может возникнуть при дозе 1 Гр и более.
Мы рассмотрели с вами 3 формы радиационного синдрома: костномозговой, желудочно-кишечный, церебральный.
В РБ наиболее часто встречается лучевая болезнь костномозговой формы.
В зависимости от поглощенной дозы костномозговая форма ОЛБ подразделяется по степени тяжести (табл. 2.5):
1 (легкая) наблюдается при дозах 1-2 Гр. Скрытый период продолжается две-три недели; после чего появляются симптомы заболевания: общая слабость тошнота, головокружение, повышение температуры, изменения в составе крови. Лечение на этой стадии приводит к выздоровлению
2 (средней тяжести) – наблюдается при дозах 2-4 Гр. Скрытый период около недели. Признаки заболевания более ярко выражены: рвота, головные боли, кровоизлияния, потеря аппетита. Летальность при этой стадии достигает 30%. Выздоровление наступает через 1,5-2 недели.
3 (тяжелая) – наблюдается при дозах 4-6 Гр. Скрытый период несколько часов. Сильная головная боль, рвота, понос с кровью, интенсивное выпадение волос. Летальность составляет от 30-100%. Выздоровление может наступить через 6-8 месяцев.
4 ( крайняя тяжесть) – наблюдается при дозах 6-10 Гр. Скрытого периода нет. Летальность достигает 100%. Причинами смертности являются кровоизлияния или инфекционные заболевания, т.к. иммунная система подавлена.
Стохастические эффекты
Это эффекты, когда облученная клетка не гибнет, а изменяется и может дать целый клон измененных клеток. Если иммунная система здоровая, то такой клон может быть подавлен, если не совсем, то после латентного (продолжительного) периода может развиться рак.
Если поражены половые клетки, то появляются наследственные эффекты.
Стохастические эффекты могут быть, как при больших, так при малых дозах облучения.
Особенностью стохастического эффекта является то, что в этот период может протекать хроническая лучевая болезнь (ХЛБ).
Хроническая лучевая болезнь – представляет собой клинический сндром, формирующийся медленно, постепенно, при длительном воздействии на организм ИИ разовые и суммарные дозы которого превышают ПДК.
Выделяют два варианта ХЛБ:
с развернутым клиническим синдромом при общем облучении
с клиническим синдромом поражения отдельных органов или систем (местные лучевые поражения).
При ХЛБ выделяют следующие периоды: доклинический, формирования, восстановительный, исходов и последствий.
Доклинический период характеризуется нарушением нервной регуляции различных органов и систем, носящий адаптивный характер. Сюда относятся нестойкая лейкопения, астения (повыш. утомляемость, бессонница), вегетососудистые изменения.
Период формирования связан с возрастанием лучевой нагрузки или накоплением суммарной дозы облучения. В данном периоде выделяются три степени тяжести ХЛБ.
- ХЛБ легкой (1) степени тяжести – период обратимых реакций в организме. Больные жалуются на общую слабость, повышенную утомляемость, снижение работоспособности, головные боли, ухудшение аппетита, бессонницу. Артериальное давление у них колеблется от низких до средних значений, нарушаются функции ЖКТ, периодически возникает лейкопения.
ХЛБ средней (2) степени тяжести. У больных усиливаются головные боли и головокружение, ухудшается память, наблюдается кровотечение десен, и подкожные кровоизлияния, сухость кожи, выпадение волос.
ХЛБ тяжелой (3) степени тяжести характеризуется тяжелыми необратимыми изменениями нервной и кроветворной системы. У больных наблюдается резкая слабость, трофические изменения кожи, выпадение волос, ломкость ногтей, отдышка, боль в области сердца.
Восстановительный период начинается по прекращении или снижении интенсивного облучения и восстановительных процессах в наиболее радиочуствительных тканях.
В периоде исходов и последствий наблюдается остаточные повреждения и новые восстановленные ткани и системы. В качестве последсвий ХЛБ можно ожидать развитие лейкозов, злокачественных образований.
В РБ после аварии на ЧАЭС, особенно на загрязненных территориях, кроме ХЛБ наблюдается рост заболеваний различных органов и систем человека.
Эффекты, вызванные ионизирующим излучением. Возникновение мутаций под действием излучения. Нарушения нейро-эндокринной регуляции. Накопление повреждений в генетическом аппарате соматических и половых клеток. Генетические последствия действия радиации.
| Рубрика | Медицина |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.04.2015 |
| Размер файла | 28,7 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Стохастические последствия облучения
1. Стохастические последствия облучения
Стохастические эффекты излучения представляют собой вредные биологические эффекты, вызванные ионизирующим излучением, не имеющие дозового порога возникновения, вероятность возникновения пропорциональна дозе и для которых тяжесть проявления не зависит от дозы. В отношении данной патологии считается обоснованной беспороговая концепция, согласно которой прирост патологии пропорционален коллективной эффективной дозе радиации, начиная с нулевой дозы. Дозовая зависимость для стохастических эффектов проявляется не в изменении тяжести заболевания, а в увеличении частоты той или иной патологии. При этом значение имеет не индивидуальная, а коллективная доза облучения на определенную популяцию лиц.
Стохастические эффекты -- последствия, носящие вероятностный, случайный характер. Вероятность их проявления существует при облучении в малых дозах ИИ. С увеличением последних она возрастает, но при этом тяжесть течения процесса от них не зависит.
В зависимости от вида клеток, в которых происходят наследственные изменения, различают:
соматические или сомато-стохастические эффекты, которые регистрируют у лиц подвергшихся облучению. К ним относят злокачественные новообразования, лейкозы, обусловливающие главный риск возникновения соматических последствий облучения в небольшой дозе; они выявляются лишь при длительном наблюдении (15-30 лет) за большими группами населения (десятки, сотни тысяч человек);
наследуемые или генетические эффекты, которые регистрируют у потомков лиц, подвергшихся облучению и является следствием повреждения генома половых клеток.
Таким образом, можно говорить о следующих механизмах формирования отдаленных последствий облучения:
1. Накопление повреждений в генетическом аппарате соматических и половых клеток;
2. Геномные нарушения;
3.Нарушения нейро-эндокринной регуляции, определяющие снижение адаптационных возможностей организма.
Достоверность связи определенной части этих эффектов с облучением была доказана международной медико-эпидемиологической статистикой лишь в начале 1990-х годов. Стохастические эффекты обычно обнаруживаются через длительное время после облучения и лишь при длительном наблюдении за большими группами населения в десятки и сотни тысяч человек. Средний латентный период составляет около 8 лет для лейкоза и в 2-3 раза больше для остальных видов онкозаболеваний. Риск умереть от рака вследствие облучения неодинаков у мужчин и женщин и меняется в зависимости от времени после облучения.
В основе стохастического эффекта излучения лежит радиационно-индуцированная мутация отдельных клеток облученного органа или ткани.
Мутацией называют внезапно возникающее естественное или искусственно вызываемое стойкое изменение структур клетки, ответственных за хранение наследственной информации, и ее передачу от клетки к клетке в процессе клеточного деления, без которого невозможно существование живого организма. Возникающие под действием излучения мутации половых клеток родителей могут привести к возникновению генетических (передающихся по наследству) эффектов излучения у потомков облученных лиц. Мутации соматических клеток тела человека могут привести к возникновению раковых заболеваний.
Возникновение мутаций под действием излучения, и их реализация в виде наблюдаемого стохастического эффекта излучения имеют вероятностную природу. Мутация соматических и половых клеток живого организма является мощным фактором биологического развития. Клеточные мутации под действием природных и искусственных факторов окружающей среды являются первопричиной и того, что дети не являются копиями своих родителей и того, что любой человеческой популяции присущ определенный фоновый уровень спонтанных раковых и генетических заболеваний. До настоящего времени среди стохастических эффектов излучения не обнаружено специфических заболеваний, которые возникают только под действием излучения.
Ионизирующее излучение является всего лишь одним из факторов, воздействие которых может увеличить вероятность возникновения онкологических или генетических заболеваний в популяции.
С представлением о мутациях согласуется понятие о беспороговом характере действия излучения и о линейной зависимости эффекта от дозы.
Считается, что одна измененная клетка может положить начало развитию опухоли, а первичным изменением в клетке, достаточным для возникновения мутации, может быть разрыв ДНК, возникший вследствие одной ионизации.
В то же время в организме человека всегда имеется большое число клеток, имеющих повреждения ДНК, достаточные для развития опухоли, но возникшие по другим, нерадиационным, причинам.
В отношении стохастических эффектов излучения предполагается отсутствие дозового порога. Поскольку природный радиационный фон всегда существует, как существует и спонтанный уровень стохастических эффектов, то любая практическая деятельность, приводящая к дополнительному облучению, приводит и к увеличению вероятности стохастических эффектов. Вероятность их возникновения предполагается пропорциональной дозе, а тяжесть проявления - не зависящей от дозы облучения.
2. Онкологическая патология
К сомато-стохастическим последствиям облучения относят злокачественные новообразования, которые могут возникать практически во всех органах: лейкозы; рак щитовидной железы; рак легких, желудка; эндокринно-зависимые опухоли - рак молочной железы и яичников, злокачественные опухоли кожи и костей.
В индивидуальном плане нельзя сказать, у кого разовьется онкопатология, но в популяции в целом при увеличении коллективной дозы излучения будет происходить прибавка к естественному спонтанному уровню. Естественный уровень онкопатологии до 1986 г. находился на уровне примерно 16% от общей численности населения на протяжении всей жизни человека. На 1 млн. человек за 70 лет жизни онкологическими болезнями заболевало 160 тысяч, из которых 70 тысяч излечивалось, и для 90 тысяч исход был летальным. Заболеваемость лейкозами составляла 40 случаев на 1 млн. жителей в год относительно возраста или 2800 случаев на 1 млн. за 70 лет жизни.
Развитие радиационно-индуцированной онкопатологии характеризуется довольно продолжительным латентным периодом, что неудивительно, если учесть, что онкогенез представляет собой многостадийный процесс. По данным наблюдения за пострадавшими от атомной бомбардировки в Японии минимальный латентный период для развития лейкозов составил 3-5 лет, для рака щитовидной железы - 7-12 лет, для рака легких, грудной железы, толстой кишки - 10-20 лет. В то же время минимальный латентный период для повышения уровня заболеваемости раком щитовидной железы у детей Беларуси после Чернобыльской аварии составил всего 4 года. Эти данные показывают, что при развитии онкопатологии определенной первичной локализации продолжительность латентного периода в значительной степени является дозозависимой величиной.
3. Генетическая патология
излучение мутация генетический радиация
Генетические последствия действия радиации можно разделить на 3 группы:
1. Серьезные нарушения развития у потомства облученных родителей:
эмбриональная и ранняя постнатальная гибель;
врожденные пороки и задержка развития;
изменение морфологических и биохимических признаков.
В их основе лежат "крупные" мутации: хромосомные, геномные, доминантные генные. Эффекты этой группы проявляются преимущественно в первом и втором поколениях после облучения.
2. Физиологическая неполноценность потомства:
снижение устойчивости к неблагоприятным воздействиям;
дестабилизация генетического аппарата.
3. Увеличение риска канцерогенеза, поскольку мутагенные воздействия на родителей создают наследственную предрасположенность к бластомогенезу у потомства.
Под влиянием радиации происходит прибавка генетической патологии, врожденных аномалий развития. До 1986 г. на 1 млн. живородившихся 100 тыс. или 10% составлял естественный уровень врожденных аномалий развития, из которых 4% существенных и 6% несущественных. Несущественные аномалии клинически незначимы, ребенок развивается нормально, живет полноценно. Было подсчитано, что ежегодно в странах бывшего СССР рождалось 280 тыс. детей с врожденными аномалиями развития (в США - 350 тыс.). 10% детей с существенными врожденными аномалиями развития погибает в 1-й год жизни, 90% становится инвалидами разной степени.
К настоящему времени известна вероятность заболевания раком при получении человеком поглощенной дозы в 1 Гр. Известно также, что радиационный риск при полном отсутствии облучения равен нулю. Однако мало что известно о действии промежуточных доз, поэтому следует попытаться экстраполировать известные оценки риска при больших дозах облучения на область малых доз.
Малыми дозами для данного вида организмов называют дозы, при которых выявляется обратная реакция объекта по сравнению с реакцией, вызываемой в области поражающего действия этого же вида радиации. Область малых доз лежит, как правило, на 2 порядка ниже LD50 для данного объекта. Т. к. для человека LD50 лежит в диапазоне 3-5 Гр (среднее значение 4 Гр), область малых доз будет составлять значения поглощенных доз меньше, чем 0,04 Гр.
На рисунке показаны три способа упомянутой экстраполяции. В общем случае все возможные виды зависимостей можно условно отнести к одному из трех типов. Первый тип зависимости (1) графически представляет собой прямую; это означает, что вероятность заболевания увеличивается прямо пропорционально дозе облучения. Второй тип зависимости (2) представлен выпуклой кривой и предполагает, что с увеличением дозы вероятность заболевания быстро растет при малых дозах и медленнее при больших. Третий тип зависимости (3) представлен вогнутой кривой и предполагает, что с увеличением дозы вероятность заболевания возрастает медленнее при малых дозах, чем при больших. Кривая (3) может быть продолжена до пересечения с осью ординат в области положительных эффектов (4), что позволяет предполагать возможность предупреждения малыми дозами онкологических заболеваний. Этот эффект получил название радиационного гормезиса.
Рис. Способы экстраполяции стохастических эффектов в область малых доз ионизирующих излучений
5. Изменениях в основных регуляторных системах организма при действии малых доз ионизирующего излучения. Функциональные сдвиги нервной деятельности. Неврологические заболевания
излучение мутация генетический радиация
Имеющиеся в литературе клинические данные об изменениях в основных регуляторных системах организма при действии ионизирующего излучения в дозах, не вызывающих острую или хроническую лучевую болезнь, указывают на то, что функциональные изменения деятельности основных физиологических систем чаще всего носят полисиндромный характер. Это проявляется в первичных функциональных отклонениях на уровне многих физиологических систем организма, развитию донозологических состояний, переходящих с ростом дозы к клинической патологии. Как показывает анализ заболеваемости ликвидаторов аварии на ЧАЭС, при дозах более 5 сГр через четыре года имеет место достоверный рост заболеваний по следующим классам болезней: болезни нервной системы, психические расстройства, болезни крови и кроветворных органов, болезни органов пищеварения. По другим классам болезней различия в показателях заболеваемости не выявлены.
Рассмотрим данные о состоянии различных систем организма у лиц, подвергшихся облучению в малых дозах, и на этой основе попытаемся установить, к каким клиническим последствиям приводит облучение в установленных выше диапазонах дозы.
В структуре неврологической заболеваемости особое место занимает синдром вегетативной дистонии. Стойкие и выраженные нарушений вегетативной регуляции выявлены при дозе внешнего облучения выше 25 - 50 сГр.
Психологические и психосоциальные скрининговые исследования больших контингентов пострадавших вследствие аварии на ЧАЭС выявили универсальную реакцию в виде повышения тревожности как устойчивой личностной черты, характерной для состояния стресса со всеми его тремя компонентами: соматическим, эмоционально-волевым, поведенческим. При этом отмечается ускорение перехода психофизиологических расстройств в стойкие психосоматические у 30 % обследованных. Анализ клинических данных обследованных лиц с установленными дозовыми нагрузками показывает, что при облучении в диапазоне дозы от 5 - 15 сГр до 25 - 50 сГр психофизиологические и психологические изменения можно рассматривать как функциональный или рефлекторный ответ нервной системы в виде неспецифической ориентировочной реакции при восприятии облучения как раздражителя. При больших дозовых нагрузках (от 60 до 100 - 200 сГр) физиологическая реакция трансформируется в реакцию повреждения. Наблюдаемую реакцию нервной системы на ионизирующее излучение можно оценить как дизрегуляторный синдром, который в свою очередь модифицирует клиническое течение ранее существовавшей патологии, способствует более торпидному ее течению и снижает в ряде случае эффективность терапии.
Подобные документы
История открытия радиоактивности. Виды ионизирующего излучения. Последствия облучения для здоровья. Радиоактивные лечебные препараты. Аспекты применения радиации для диагностики, лечения, стерилизации медицинских инструментов, исследования кровообращения.
презентация [883,2 K], добавлен 30.10.2014
Эндокринные функции поджелудочной железы, клеточный состав островков Лангерганса. Контроль секреции инсулина, физиологический эффекты глюкагона. Эндокринные функции половых желез, описание мужских половых гормонов. Метаболические эффекты тестостерона.
презентация [3,4 M], добавлен 13.09.2019
Различные осложнения и нарушения, вызванные искусственным прерыванием беременности. Этапы проведения операции аборта. Кровотечение как главные осложнения во время аборта. Воспалительные заболевания половых органов как причина внематочной беременности.
реферат [19,7 K], добавлен 08.02.2011
Роль тучных клеток в регуляции гомеостаза организма. Локализация тучных клеток, их медиаторы. Секреция медиаторов и их функции. Основные типы тучных клеток. Рецепторы и лиганды, эффекты медиаторов. Участие тучных клеток в патологических процессах.
презентация [2,2 M], добавлен 16.01.2014
Понятие радиочувствительности как восприимчивости клеток, тканей, органов или организмов к воздействию ионизирующего излучения. Нелетальные радиобиологические эффекты в организме. Функции эндокринной системы человека и схема желез внутренней секреции.
При воздействии ионизирующих излучений на организм человека в тканях происходят сложные физические, химические и биологические процессы. В результате ионизации живой ткани происходит разрыв молекулярных связей и изменение химической структуры различных соединений, что, в свою очередь, приводит к гибели клеток.
Клетка состоит из оболочки, ядра и ряда клеточных структур. Ядро отделено от цитоплазмы мембраной. Оно содержит ядрышко и набор хромосом. Вещество хромосом состоит из нуклеиновых кислот, которые являются хранителями наследственной информации и специальных белков. Повреждающий эффект ионизирующей радиации объясняется поглощением энергии наиболее чувствительной частями клетки – ядромиядрышком.
Ионизирующему излучению могут подвергаться работающие с рентгеновскими гамма-лучами при осуществлении гамма-дефектоскопии на промышленных предприятиях, работающие на ускорителях, обслуживающие ядерные реакторы, занятые на разведке и добыче полезных ископаемых. При нарушении правил радиационной безопасности или при ЧС ионизирующие излучения могут быть причиной развития лучевой болезни.
Основную часть облучения население получает от естественных источников радиации около 2,4 мЗв/год и примерно 0,5–1,5 мЗв/год – от техногенных. По воздействию на человека все источники ионизирующих излучений делятся на две группы:
– закрытые источники – рентгеновские установки, ускорители, ядерные реакторы, радиоактивные вещества в таре и другие;
– открытые источники – радиоактивные вещества, распределенные в окружающей среде (в почве, воде, воздухе) или находящиеся на поверхности предметов, с которыми соприкасается человек.
При использовании закрытых источников человек подвергается только внешнему облучению, находясь в опасной зоне вблизи источников.
Действие открытых источников связано с внешним облучением и попаданием радиоактивных веществ внутрь организма с воздухом, водой, пищей и при контакте с загрязненными предметами через кожу. В отличие от опасности внешнего облучения, опасность радионуклидов, попавших внутрь организма, обусловлена тем, что их действие продолжается в течение всего промежутка времени, пока радионуклиды не будут выведены из организма в результате физиологических обменных процессов и радиоактивного распада.
Внутренне облучение зависит от распределения радионуклидов в критических органах и тканях, при этом преимущественно поражаются те органы и ткани, в которых избирательно накапливается радионуклид. Доза внутреннего облучения, создаваемая радионуклидом, зависит и от характера излучения (альфа-, бета- или гамма-излучение), энергии излучения и эффективного периода полувыведения из организма.
При внутреннем облучении наиболее опасны альфа-излучающие радионуклиды. Ионизация, производимая альфа-излучением, обуславливает ряд особенностей в тех химических процессах, которые протекают в веществе, в частности, в живой ткани (образование сильных окислителей, образование свободного водорода и кислорода). Эти радиохимические реакции, протекающие в биологических тканях под воздействием альфа-излучения, вызваны высокой биологической эффективностью альфа-частиц. По сравнению с рентгеновским, бета- и гамма-излучением относительная биологическая эффективность альфа-излучения принимается равной 20.
При внешнем облучении всего тела критическими являются те органы и ткани, которые наиболее радиочувствительны и функции которых наиболее важны для жизнедеятельности организма. В этих случаях считаются критическими гонады, красный костный мозг, легкие, желудок и толстая кишка.
Ионизирующее излучение, проходя через ткани человека, ионизирует на клеточном уровне атомы в молекулах, которые играют важную биологическую роль в нормальном функционировании клеток, и вызывает в организме цепочку обратимых и необратимых изменений. Диссоциация сложных молекул в результате разрыва химических связей – прямое действие радиации.
Ионизирующие излучения при воздействии на организм человека могут вызвать два вида эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням: детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, катаракта, бесплодие, аномалии в развитии плода), наблюдаются при дозах более 1 Грей, и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы и наследственные болезни).
Детерминированные эффекты излучения включают нарушение деятельности или потерю функций тканей в органах главным образом вследствие гибели клеток. Эти эффекты наступают от облучения большими дозами, и для них существует порог, т. е. прямая связь причины и следствия облучения может быть подтверждена клинически.
Стохастические эффекты – это такие эффекты, которые возникают, когда облученная клетка не гибнет, а изменяется.
Эффекты, в зависимости от величины поглощенной дозы, развиваются в течение разных промежутков времени: от нескольких секунд до многих часов, дней, лет.
На клеточном уровне ионизация как результат облучения может привести к повреждению клеток. Как правило, организм человека способен соответствующим образом восстановить наносимый клеткам ущерб. Существует определенная зависимость этого процесса во времени. Поэтому, если данная поглощенная доза облучения распределяется во времени, она наносит меньший ущерб по сравнению с дозой, полученной при остром лучевом облучении. Это объясняется тем, что при получении дозы в течение периода времени происходит не только восстановление поврежденных клеток, но и образуется новая популяция клеток в результате их деления.
Пусковым механизмом воздействия являются процессы ионизации и возбуждения атомов в молекулах тканей. Клеточные структуры повреждаются в результате ионизации атомов, молекул и макромолекул с образованием радикалов.
Более 97% общего состава живых организмов представлено легкими атомами – водорода, кислорода, углерода, азота, серы, фосфора. Из этих элементов состоят основные компоненты биологических систем. В биологических тканях основная часть поглощенной энергии (70–85%) приходится на воду.
Существенную роль в формировании биологических эффектов играют радиационно-химические изменения, обусловленные продуктами радиолиза воды. Первичные продукты радиолиза: свободный электрон, положительный ион и возбужденная молекула воды – обладают свойствами отличающимися от свойств электрически нейтральных молекул. Они распадаются с образованием высокореакционных свободных радикалов водорода (Н°) и гидроксила (ОН°).
Радикал водорода обладает восстановительными свойствами, а гидроксильные радикалы – сильные окислители. Обладая очень высокой химической активностью за счет наличия неспаренного электрона, свободные радикалы взаимодействуют друг с другом и с растворенными в воде молекулами других веществ, в результате чего возникают перекисные соединения и свободные радикалы других молекул. Возникшие соединения вступают в химические реакции с неповрежденными молекулами белка, ферментов и других элементов биоткани, образуя новые токсические соединения – радиотоксины, что приводит к нарушению биохимических процессов в организме, а при больших дозах – к развитию острой лучевой болезни.
При воздействии ионизирующих излучений на организм человека в тканях происходят сложные физические, химические и биологические процессы. Основной особенностью действия ионизирующих излучений является ионизация атомов и молекул живой материи. Этот процесс считается начальным этапом биологического действия излучения и в дальнейшем вызывает функциональные нарушения в тканях, органах и системах человека.
Клетка состоит из оболочки, ядра и ряда клеточных структур. Ядро отделено от цитоплазмы мембраной. Оно содержит ядрышко и набор хромосом. Вещество хромосом состоит из нуклеиновых кислот, которые являются хранителями наследственной информации. Повреждающий эффект ионизирующей радиации объясняется поглощением энергии наиболее чувствительной частью клетки – ядром и ядрышком, и чем выше величина поглощенной дозы, тем выше степень, глубина и форма лучевых поражений биологических объектов.
В результате ионизации живой ткани происходят разрыв молекулярных связей и изменение химической структуры различных соединений, что, в свою очередь, приводит к гибели клеток.
Повреждение клеточных структур формируется в результате ионизации атомов, молекул и макромолекул с образованием радикалов, которые участвуют в первичных радиационно-химических процессах.
В результате этих реакций изменяется структурная и метаболическая организация клетки, ткани и формируется видимый радиобиологический эффект. Между актом поглощения энергии излучения и проявлением радиобиологического эффекта проходит определенное время (часы, сутки, годы), что говорит о сложной цепи процессов, возникающих в облученном организме. Радиобиологические эффекты зависят от поглощенной дозы излучения и ее мощности.
Еще более существенную роль в формировании биологических последствий играют продукты радиолиза воды, которая составляет 60–70% массы биологической ткани. При воздействии ионизирующего излучения на воду образуются свободные радикалы Н и ОН, а в присутствии кислорода также свободный радикал гидропероксида (НО2) пероксида водорода (Н2О2), являющиеся сильными окислителями. Продукты радиолиза вступают в химические реакции с молекулами тканей, образуя соединения, не свойственные здоровому организму. Это приводит к нарушению отдельных функций или систем, а также жизнедеятельности организма в целом.
Процессы взаимодействия ионизирующих излучений с веществом клетки, в результате которых образуются ионизированные и возбужденные атомы и молекулы, является первым этапом развития лучевого поражения.
Интенсивность химических реакций, индуцированных свободными радикалами, повышается, и в них вовлекаются многие сотни и тысячи молекул, не затронутых облучением.
При действии на клетку смертельной дозы излучений в ней возникает несколько тысяч химических и структурных изменений молекул. Происходящие под воздействием излучения изменения структуры и свойств, входящих в состав клетки молекул белков, ферментов, липидов и других веществ, приводят к нарушению упорядоченности и последовательности биологических процессов в клетке, а также к нарушению обмена веществ и процесса деления.
Большие дозы излучения вызывают гибель клетки. При меньших дозах гибель наступает не сразу. Еще меньшие дозы вызывают гибель только части клеток или временную приостановку, или замедление деления клеток. Временная потеря способности клеток к делению говорит о том, что клетки могут устранять нанесенное им повреждение и восстанавливать нормальный жизнедеятельный процесс деления. Этот процесс восстановления проявляется сильнее и, соответственно, поражение клетки будет слабее при облучении ее такой же дозой в течение большего времени, т. е. при меньшей мощности дозы. Однако способность клетки к восстановлению не безгранична.
Подавление способности клеток делиться называется репродуктивной гибелью. Клетка, утратившая способность делиться, не всегда имеет признаки повреждений, она может еще долго жить и после облучения. В настоящее время считается, что большинство острых и отдаленных последствий облучения организма – результат репродуктивной гибели клеток, которая проявляется при попытке таких клеток разделиться. Клетки организма имеют различную радиационную чувствительность.
В соответствии с убыванием степени радиочувствительности клетки организма можно разделить в следующей последовательности.
1. Высокая чувствительность к радиоактивному излучению: лейкоциты (белые кровяные тельца), кроветворные клетки костного мозга, зародышевые клетки семенников и яичников, клетки эпителия тонкого кишечника.
2. Средняя чувствительность: клетки зародышевого слоя кожи и слизистых оболочек, клетки сальных и потовых желез, клетки эпителия хрусталика, клетки сосудов.
3. Достаточно высокая устойчивость к излучениям: клетки печени, нервные клетки, мышечные клетки, клетки соединительной ткани, костные клетки.
Ионизирующие излучения оказывают воздействие на все системы и ткани организма, которые реагируют на них как единое целое.
Установлено, что ткани, клетки которых активно делятся, более подвержены действию радиации, чем ткани с неделящимися клетками. Поэтому мышцы, мозг, соединительные ткани у взрослых организмов достаточно устойчивы к воздействию радиации. Клетки костного мозга, зародышевые клетки, клетки слизистой оболочки кишечника являются наиболее уязвимыми. Так как наибольшее деление клеток происходит в растущем организме, воздействие радиации на детский организм особенно опасно. Влияние облучения на плод может привести к рождению неполноценного потомства, причем самый опасный период – 8–15 недели беременности, когда происходит формирование органов будущего человека.
Радиочувствительность органов зависит не только от радиочувствительности тканей, которые составляют орган, но и от его функций. Так, например, нервная ткань принадлежит к достаточно устойчивой структуре, т. к. нервные клетки слабо подвержены воздействию ионизирующих излучений. Но в функциональном отношении нервная ткань наиболее радиочувствительна, потому что самые ранние реакции организма на общее получение проявляются в расстройстве подвижности и уравновешенности процессов возбуждения и торможения нервной системы.
Наиболее чувствительным органом грудной клетки являются легкие. Радиационные пневмониты (воспаление легких) сопровождаются потерей эпителиальных клеток, которые выстилают дыхательные пути, воспалением дыхательных путей и кровеносных сосудов. Эти эффекты могут вызвать легочную недостаточность и даже гибель организма в течение нескольких месяцев после облучения грудной клетки.
В системе органов пищеварения при одноразовом равномерном облучении наиболее радиочувствительной является печень, затем идут в порядке убывания радиочувствительности поджелудочная железа, кишечник, пищевод, слюнные железы, язык, полость рта.
Относительно высокой радиочувствительностью обладают также клетки волосяных фолликулов. После облучения дозой 3–4 Гр
(300–400 рад) волосы начинают редеть и выпадают в течение
1–3 недель. Затем рост волос может возобновиться.
Механизм воздействия ионизирующих излучений на организм человека можно условно представить в виде следующих стадий:
1. Физическая стадия (стадия перераспределения энергии). На этой стадии происходит поглощение энергии излучения молекулами воды и органического вещества, при этом либо молекулы переходят в возбужденное состояние, либо происходит ионизация. Продолжительность – 10 –1 –10 –13 с.
2. Физико-химическая стадия.Ионизированные атомы и молекулы, свободные электроны участвуют в сложных цепных реакциях, в результате чего образуются новые молекулы, в том числе чрезвычайно реакционные, так называемые свободные радикалы.
Продолжительность – 10 –13 –10 –10 с.
3. Химическая стадия.Ионы и свободные радикалы взаимодействуют между собой и с окружающими молекулами, в результате образуются органические перекиси, вызывающие повреждения белков и нуклеиновых кислот, тем самым изменяя их биологические свойства. Продолжительность – 10 –6 –10 –3 с.
4. Ранние биологические эффекты. На этой стадии происходит повреждение клеточных структур, повреждение и гибель клеток, тканей или органов и организма в целом. Продолжительность стадии– от нескольких часов до нескольких недель.
5. Отдаленные биологические эффекты. На этой стадии образуются опухоли, генетические нарушения, которые оказывают влияние на состояние здоровья и продолжительность жизни. Продолжительность стадии– годы и десятилетия.
Сочетание указанных стадий и приводит к тому, что ничтожное по энергетическому эквиваленту первоначальное радиационное воздействие с течением времени через многочисленные повреждения организма проявляется в лучевой болезни.
В этом состоит специфика действия ионизирующего излучения на биологические объекты, т. е. производимый излучением эффект обусловлен не столько количеством поглощенной энергии в облучаемом объекте, сколько той формой, в которой эта энергия передается. Никакой другой вид энергии (тепловой, электрической), поглощенной биологическим объектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывают ионизирующие излучения. Например, доза ионизирующего излучения – 5 Дж/кг, эта доза приводит к тяжелой форме лучевой болезни, только интенсивное лечение может предотвратить смертельный исход. Если эту энергию подвести в виде тепла, то она нагрела бы тело человека на 0,001°С. Эта тепловая энергия заключена в стакане горячего чая.
Нарушения биологических процессов могут быть либо обратимыми, когда нормальная работа клеток облученной ткани полностью восстанавливается, либо необратимыми, ведущими к поражению отдельных органов или всего организма в целом и возникновению лучевой болезни.
Действие излучения на организм зависит от многих факторов. Определяющими факторами являются: доза, вид излучения, продолжительность облучения, размеры облучаемой поверхности, индивидуальная чувствительность организма. Возможные последствия облучения человека дозами, бульшими фонового уровня, делятся на детерминированные и стохастические (вероятностные).
К детерминированным эффектам относятся поражения, вероятность возникновения и степень тяжести которых растут по мере увеличения дозы облучения и для возникновения которых существует дозовый порог. К таким эффектам относят, например, незлокачественное повреждение кожи (лучевой ожог), катаракту глаз (потемнение хрусталика), повреждение половых клеток (временная или постоянная стерилизация).
Имеются данные многочисленных и длительных наблюдений за персоналом и населением, подвергшимся воздействию повышенных доз облучения [11]. Из этих данных следует, что профессиональное длительное облучение дозами до 50 мЗв в год взрослого человека не вызывает никаких неблагоприятных соматических изменений, регистрируемых с помощью современных методов исследования. Детерминированные эффекты проявляются при достаточно высоких дозах облучения всего тела или отдельных органов.
Последствия для здоровья от доз облучения всего тела за короткий период (секунды, минуты или часы) бывают следующими:
Теоретически достаточно самой малой дозы, чтобы вызвать такие последствия, как рак или повреждение генетического аппарата. В то же время никакая доза облучения не приводит к этим последствиям во всех случаях. Даже при относительно больших дозах облучения далеко не все люди обречены на эти болезни: действующие в организме человека репарационные механизмы обычно ликвидируют все повреждения. Однако вероятность (или риск) наступления таких последствий больше у человека, который был облучен. И риск этот тем больше, чем больше доза облучения.
В 1955 г. Генеральная Ассамблея ООН основала Научный комитет по действию атомной радиации (НКДАР ООН). Комитет систематически анализирует все природные и искусственные радиоактивные источники в окружающей среде или используемые человеком. В своей работе НКДАР опирается на два основных допущения:
1) не существует пороговой дозы, за которой отсутствует риск заболевания раком; любая сколь угодно малая доза увеличивает вероятность заболевания раком для человека, получившего эту дозу;
2) вероятность (риск) заболевания раком возрастает прямо пропорционально дозе облучения.
НКДАР полагает, что при таком допущении возможна переоценка риска в области малых доз, но вряд ли возможна его недооценка.
Согласно имеющимся данным, первыми в группе раковых заболеваний, поражающих население в результате облучения, стоят лейкозы. По оценкам НКДАР, от каждой дозы облучения в 1 Зв от лейкозов в среднем умерли бы 2 человека из 1000. Самыми распространенными видами рака, вызванными действиями радиации, оказались рак молочной железы и рак щитовидной железы. По оценкам НКДАР, примерно у 10 человек из 1000 облученных отмечается рак щитовидной железы, а у 10 женщин из 1000 — рак молочной железы (в расчете на каждый зиверт индивидуальной поглощенной дозы). Однако обе разновидности рака в принципе излечимы, а смертность от рака щитовидной железы особенно низка. Рак легких тоже принадлежит к распространенным разновидностям раковых заболеваний среди облученных групп населения. Согласно оценкам НКДАР, 5 человек из 1000 умерли бы от рака легких в расчете на 1 Зв средней индивидуальной дозы облучения.
Рак других органов и тканей встречается реже среди облученных групп населения. Согласно оценкам НКДАР, из 1000 человек от рака желудка, печени или толстой кишки умер бы 1 человек (в расчете на 1 Зв средней индивидуальной дозы облучения). Риск возникновения рака костных тканей, пищевода, тонкой кишки, мочевого пузыря, поджелудочной железы, прямой кишки и лимфатических тканей составляет от 0,2 до 0,5 на каждую тысячу человек (в расчете на каждый зиверт индивидуальной дозы облучения).
Учеными получены неоспоримые доказательства вредного действия низкоинтенсивной радиации на отдельные системы живых организмов и на организм в целом [12]. Малые дозы очень коварны, они провоцируют у человека разнообразные заболевания, которые обычно врачи не связывают с прямым действием радиации. Уровень наших знаний не позволяет в настоящее время однозначно принять определенные механизмы биологического действия малых доз радиации. Есть основания считать, что и для стохастических эффектов существует порог, величина которого остается невыясненной.
Читайте также: