<<
>>

Ионизация.Повреждения ионизирующими излучениями

Ионизирующие излучения - глобальный и неизбежный фактор разрушения органической жизни на планете. Ни на мгновение не прекращаются процессы ионизации, и биологические организмы реагируют на них всеми защитными структурами, адаптивными механизмами.

Нормальные ответные реакции обеспечивают здоровье и жизнь, недостаточные или ненормальные - приводят к болезням и гибели.

Поскольку в последние 20-30 лет источники ионизации пополнились огромным числом бытовых и промышленных приборов и приблизились практически к каждому человеку, медицина обязана включить в патофизиологический анализ данный повреждающий фактор. Однако вместе с актуализацией знаний в области атомной физики, радиобиологии, экологии и повышением компетентности врачи иногда получают ложную информацию. В частности, абсолютно ненаучно во многих источниках излагается тема ионизации, проводится разделение излучений на ионизирующие и «неионизирующие», то есть вредные и «невредные».

Обратимся к фундаментальным наукам.

В основе лучевых повреждений лежит радиоактивность “ способность некоторых химических элементов к ■Дерным превращениям (распаду), сопровождающимся излучением атомных ядер гелия (альфа-излучения), быстрых электронов и позитронов (бета-излучения), коротких электромагнитных волн (гамма-лучи), а также незаряженных частиц нейтронов и нейтрино.

Испускаемый поток таких высокоэнергетических частиц и квантов называется ионизирующим излучением. Нестабильные элементы, атомы которых могут распадаться, называются радионуклидами.

Ионизирующие излучения - континуальный вечный фактор, разрушающий фундаментальные структуры вещества.

По данным академика А. М. Кузина, эти излучения составляют природный радиационный фон (ПРФ), то есть постоянный поток высокоэнергетических частиц, в котором существует все живое.

Он включает:

- космические излучения (16,1 %). Их интенсивность зависит от географической широты и состояния озонового слоя атмосферы;

- гамма-излучения земного происхождения (21,9%).

Обширные исследования В. И. Вернадского,

А. Г. Виноградова и многих других показали: радиоактивные элементы (радионуклиды) - уран, торий, радий и продукты их радиоактивного распада, помимо скопления в рудных месторождениях, находятся в мелкодисперсном состоянии во всех породах земной коры, в почвах, в водах рек, морей и океанов;

- внутренние излучатели (19,5 %) - живые организмы, поглощающие микроколичества радионуклидов из окружающей среды. В первую очередь, химически необходимый элемент калий 39К, существующий всегда вместе со своим радиоактивным изотопом ^К. Поглощаются также радионуклиды уран и, радий 1*а, тритий Т, радиоизотоп углерода 14С и другие;

- излучения радона Ип и торона Тп (42, 5 %).

о

Средняя величина ПРФ для земного шара - 5-10' Гр/ч, или 0,011мБэр/ч, в различных регионах мира она широко колеблется.

Энергия каждой из частиц, будучи поглощена веществом клетки, достаточна, чтобы вызвать распад или возбуждение любой ее молекулы. Подсчеты для человека показали, что за один час в клетках его тканей происходит от 200 млн. до 6 млрд, подобных микрособытий.

Сам человек радиоактивен, в его тканях присутствуют в следовых количествах радиоактивные вещества.

В результате ядерных превращений

происходит самопроизвольное испускание атомами

ионизирующих излучений. По характеру излучаемых частиц различают три основных вида ядерных превращений.

I

О

Виды ядерных превращений.

1. Альфа - (а-распад) сопровождается излучением 01- частицы, которая представляет собой ядро атома гелия (4Не) и состоит из двух протонов и двух нейтронов. Они задерживаются листом бумаги и практически не способны проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками эпидермиса.

Поэтому не представляют опасности до тех пор, пока не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или при вдыхании воздуха.

2. Бета - ф-распад). В неустойчивом ядре нейтрон превращается в протон, при этом ядро испускает электрон. Бета - излучения обладают большей проникающей способностью. В тканях организма на глубине 1-2 см они оставляют за собой шлейф радикалов (ионизированных атомов).

3. Гамма - (у-распад). Возбужденное ядро испускает электромагнитное излучение с очень малой длиной волны и очень высокой частотой (у-лучи). Проникающая

способность гамма-лучей очень велика. Его может ослабить лишь толстая свинцовая или бетонная плита.

Проникающая способность ионизирующих излучений.

Космические лучи также относятся к естественным источникам радиоактивных излучений. Они приходят к нам из глубин Вселенной. Большая их часть рождается на Солнце в результате ядерных превращений, протекающих в недрах и у поверхности нашей звезды. Повышение активности таких процессов с Земли наблюдается в виде солнечных вспышек.

Уровень радиации растет с высотой, поскольку уменьшается экранирующий слой воздуха. Наиболее интенсивному облучению подвергаются экипажи и пассажиры самолетов (до 40 мкЗв в час).

Находясь на дне воздушного океана, живые организмы наиболее защищены от воздействий космических лучей.

1 ;

ф Л .г>к'3ь О *< -1 .

Зависимость дозы облучения от высоты.

Космические лучи могут достигать поверхности Земли или взаимодействовать с атмосферой, порождая вторичное излучение и приводя к образованию радиоактивных элементов.

У некоторых радионуклидов распад ядер активируется под действием космических излучений.

Проходя через сложную систему биологических цепочек, такие радионуклиды попадают в организм и облучают внутренние ткани. К ним относятся изотопы 40К (Калий-40) и 87Шэ (Рубидий-87) и радиоактивные элементы семейств, берущих начало соответственно от 238и (Урана-238) и 232ТЬ (Тория-232) - долгоживущих изотопов, включившихся в состав Земли с самого ее рождения.

На их долю приходится менее 20% общей эффективной дозы облучения. Путей проникновения радионуклидов в организм несколько.

Воздух Ч

. е

1 л
Почва Пища О

в

Вода е

к

Поступление

радионуклидов

При рассмотрении всех составляющих природного радиационного фона особого внимания заслуживает 222Яп (Радон-222).

Радон - инертный газ, попадающий в атмосферу из почв, скальных пород и строительных материалов. Средняя концентрация радона на уровне земли вне помещений создает облучение 8 Бк/ч м'3. Средневзвешенное содержание радона в помещениях создает облучение 16 Бк/ч • м’3. По оценке ГНЦ Института Биофизики, на долю радона вместе с дочерними продуктами радиоактивного распада приходится до 75% годовой эффективной дозы облучения, получаемой от почвенных источников. Накопление радона в помещениях происходит в зависимости от скорости воздухообмена, наличия подвалов и пр. Относительное распределение радона в домашних помещениях 4:3:1 (соответственно, кухня - ванная - спальня).

Эффективная доза облучения, обусловленная естественными источниками, составляет в среднем по Земле около 2,4 мЗв в год.

Полная годовая доза складывается из облучений от естественных источников и техногенных.

Наибольший вклад в долю техногенных излучений вносят:

1. Использование промышленностью ископаемых видов топлива. Уголь содержит определенное количество природных радионуклидов, которые после его сжигания попадают в окружающую среду в виде пыли, выброс которой, несмотря на совершенствование систем очистки, остается очень высоким.

2. Использование фосфатов. Добыча фосфатов (главным образом, для производства удобрений) ведется во многих местах. Большинство разрабатываемых в настоящее время месторождений содержит уран. В процессе добычи и переработки выделяется радон. Сами удобрения содержат радионуклиды, проникающие в почву и далее в биологические цепочки.

3. Использование термальных водоемов. Некоторые страны эксплуатируют подземные ресурсы пара и горячей воды для производства электроэнергии и теплоснабжения. Выделение радона при этом в несколько раз превосходят аналогичный показатель для электростанций, работающих на угле.

Свой вклад в полную дозу облучения вносит и м е д и ц и н а. Согласно последним оценкам НКДАР ООН, медицинские процедуры в среднем эквивалентны 50% уровня естественного облучения.

Источники облучения Доза в единицах естественного фона
Однократное облучение при рентгеноскопии желудка 120
Допустимое облучение персонала АЭС за год 20
Однократное облучение при рентгенографии зубов 12
Средняя доза облучения при флюорографии 1,5
Г одовая доза за счет естественного радиационного фона 1
Ежедневный 3-часовой просмотр ТВ - программ в течение года 0,04
Годовая доза для населения, обусловленная АЭС 0,02

При воздействии излучений на живой организм

поглощается энергия, достаточная для разрыва

химических связей в клетках с образованием

высокоактивных в химическом отношении соединений, так называемых свободных радикалов.

Процесс этот называется ионизацией, так как атом, поглотивший энергию гамма - кванта, возбуждается, и для возврата в стационарное состояние он должен излучить часть своей энергии.

В тех случаях, когда энергия падающего (первичного) кванта значительно больше энергии связи электронов в атоме, происходит некогерентное рассеяние энергии кванта. Возникает вторичный фотон с энергией меньшей, чем энергия первичного кванта, и так называемый электрон отдачи. Атом излучает этот электрон, и он поглощается средой.

Явление это было обнаружено Комптоном при изучении катодных лучей и получило название комптоновского рассеяния. С потерей электронов теряются отрицательные заряды. Увеличивается количество положительно заряженных радикалов, протонов (ионизированных атомов водорода). Водородный показатель (pH) растворов уменьшается. В цитоплазме клеток развивается ацидоз.

Ионизация - это физический процесс, его остановить нельзя. Он протекает с участием больших градиентов энергии.

Ионизация и рассеяние электронов.

На ионизирующие излучения в организме формируются патологические реакции во всех его структурных образованиях.

Электрон и атом. Какую бы энергию ни несли гамма - кванты, они не могут разрушить форму или кристаллическую решетку вещества.

Импульса энергии гамма - кванта достаточно лишь на взаимодействие с другими квантами. Поскольку ядра атомов окружены электронными оболочками, то чаще всего происходит взаимодействие высокоэнергетического гамма - кванта и электрона. В результате электрон получает дополнительную энергию и покидает пространство атома, а иногда и вещества. Покинув атом, электрон сталкивается с другими квантовыми системами и передает их электронам свою кинетическую энергию, вызывая цепную реакцию вторичной ионизации.

Пространство, в котором происходит вторичная ионизация, называется зоной рассеяния. Ее форма и размеры зависят от энергии энергонесущих частиц и гамма-квантов (см. ниже). Сам процесс комптоновского рассеяния - следствие ионизации атома.

Зоны рассеяния электронов.

Молекула. Появление ионизированных атомов в составе химических соединений превращает нейтральные молекулы в свободные радикалы. В электролитах реактивного пространства организма нарастают неуправляемые свободнорадикальные реакции присоединения. Они могут повреждать молекулы- ДНК, инактиви ровать ферменты, образовывать новые суррогатные соединения, активировать р е а к ции перекисного окисления и др.

Клетка. В результате ионизации и последующих за ней событий в клетках организма начинают происходить другие химические превращения с пре обладанием реакций присоединения - эрзац - реакций. Такие реакции, по существу, непрограммные, или шумовые. Шумовые реакции вносят помехи в метаболизм клеток, закисляют цитоплазму. Развивается ацидоз. Изменяются условия работы ферментной системы, катализаторов, ингибиторов и самих химических реакций. В цитоплазме образуются суррогаты, новые вещества с неизвестными свойствами. Повреждаются квазикристаллические чехлы ДНК, повреждаются генетические структуры, происходят мутации клеток.

Энергия, освобождающаяся при единичной ионизации, поглощается в очень небольшой части общего объема клетки; прямое поражение затрагивает молекулы лишь в этой части. В большинстве клеток имеется обилие идентичных молекулярных компонентов, которые

обновляются, если контрольные центры остаются

неповрежденными. В этом случае нарушения у какой-либо из способных к возобновлению молекул не вызывают специфических эффектов. С другой стороны, центры, контролирующие индивидуальные функции внутри клетки, представляют собой наборы спаренных генов, каждый из которых - часть очень крупной молекулы ДНК. Повреждение даже одного члена такой пары может иметь губительные последствия для жизнедеятельности клетки.

<< | >>
Источник: Фомин М.И.. Сложные больные. - М.: «ЧеРо»,2006. - 519 с.. 2006

Еще по теме Ионизация.Повреждения ионизирующими излучениями:

  1. Ионизирующие излучения
  2. БОЛЕЗНИ КОЖИ И ПОДКОЖНОЙ КЛЕТЧАТКИ, СВЯЗАННЫЕ С ВОЗДЕЙСТВИЕМ ИЗЛУЧЕНИЯ (L55-L59)
  3. ■ Влияние лазерного излучения на организм человека
  4. Глава 9. влияние неионизирующих излучений НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
  5. РЕФЕРАТ. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЧЕЛОВЕКА2018, 2018
  6. НЕСЧАСТНЫЕ СЛУЧАИ, ВЫЗВАННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, ИЗЛУЧЕНИЯ И КРАЙНИХ ЗНАЧЕНИЙ УРОВНЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ИЛИ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ (W85-W99)
  7. 10.3. Повреждения, нехарактерные для автотравмы и симулирующие другие виды повреждений
  8. ПОВРЕЖДЕНИЯ ПОЗВОНОЧНИКА
  9. ПОВРЕЖДЕНИЯ ОРГАНОВ ШЕИ
  10. ПОВРЕЖДЕНИЯ ГРУДНОЙ СТЕНКИ
  11. ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛЕГКИХ
  12. ПОВРЕЖДЕНИЯ СРЕДОСТЕНИЯ
  13. ПОВРЕЖДЕНИЯ ДИАФРАГМЫ
  14. 8.7. Повреждения пилящими орудиями
  15. ПОВРЕЖДЕНИЯ ТКАНЕЙ ЗАБРЮШИННОГО ПРОСТРАНСТВА