Воздействие на организм человека ионизирующего излучения
Воздействие на организм человека ионизирующего излучения
Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри около ста лет назад было открыто влияние радиоактивности. Это открытие положило начало бурному развитию новых направлений в химии и физике, которые, в свою очередь, стали фундаментом для создания атомно-промышленного комплекса.
Недолгое изучение привело к необдуманному сбросу отходов, крупномасштабному загрязнению окружающей среды и росту числа заболеваний у работников атомной промышленности и населения, проживающего в зоне радиоактивного загрязнения, вследствие неверного нормирования доз облучения. Первые предприятия ядерного комплекса формировались в условиях “гонки вооружения”, к тому же эффекты воздействия радиации на организм человека и окружающую среду были мало изучены.
Радиобиология – комплексная научная дисциплина, изучающая действие ионизирующего излучения на биологические системы разных уровней организации. Объектами радиобиологических исследований являются макромолекулы, вирусы, простейшие, клеточные, тканевые и органные культуры, многоклеточные растительные и животные организмы, человек.
При внешнем облучении
человека альфа-частицы полностью
задерживаются поверхностным
Под радиоактивностью понимается самопроизвольное превращение неустойчивого нуклида. В другой нуклид, сопровождающееся испусканием ионизирующего излучения.
Наиболее употребительной внесистемной международной единицей является кюри: 1Ки=3,7 10 10 Бк, что соответствует активности 1г радия. Количество радиоактивного вещества измеряется единицами массы и активностью, которая равна числу ядерных превращений (распадов) в единицу времени. Резерфорд: 1резерфорд – такое количество радиоактивного вещества, в котором происходит 10 6 распадов в 1с.Единицей активности в СИ служит распад в секунду: 1Бк=1расп/с.
В настоящее время существует 2 мнения относительно дальнейшего развития атомной промышленности:
Атом – безусловное благо. Наиболее приоритетным путем развития энергетики является создание большого числа АЭС. На здоровье человека влияют исключительно большие дозы; атом настолько полезен, что следует облучать даже продукты питания для более длительного хранения.
Атом не может быть благом для человечества из-за неисключенной вероятности атомно-техногенных глобальных катастроф, его пагубного влияния на ОС и здоровье человека, вплоть до смертельного исхода.
Также применяются: Доли кюри:
1милликюри=0,001кюри;
Рентген: 1рентген – такое количество гамма-излучения (или рентгеновского излучения), которое вызывает образование 2,082 10 9 пар ионов в 1см 3 воздуха (условия нормальные), или то количество излучения, которое вызывает выделение энергии 0,109эрг/см 3 воздуха.
В настоящее время атомно-
Был введен запрет на испытания
и распространение ядерного оружия,
а также подписано несколько
договоров о сокращении ядерного
вооружения. 29 июля 1957 года была учреждена
МАГАТЭ – автономная межправительственная
организация по вопросам мирного
использования ядерной энергии.
За последние десятилетия
Первые предприятия атомной промышленности были направлены на создание атомной бомбы, что и было впервые сделано в США. Первым предприятием атомной промышленности, созданным в СССР, стало производственное объединение “Маяк”, предназначенное для получения делящихся ядерных материалов.
Целью ее создания стал контроль за деятельностью стран с развитой атомной промышленностью в соответствии с целями и принципами ООН, направленными на укрепление мира и поощрение международного сотрудничества.
Международные организации, работающие в сфере изучения влияния радиации на человека и ОС, периодически пересматривали степень ее опасности в сторону повышения. С 30-ых годов этот уровень возрос в тысячу раз. Международная комиссия радиационной защиты официально признала концепцию беспорогового действия радиации на здоровье человека.
Ионизирующее излучение и радиоактивность
Ионизирующее излучение – поток заряженных или нейтральных частиц и квантов электромагнитного излучения, прохождение которых через вещество приводит к ионизации и возбуждению атомов или молекул среды.
Все ионизирующие излучения по своей природе делятся на фотонные и корпускулярные. К фотонному ионизирующему излучению относятся гамма-излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер или аннигиляции частиц.
Тормозное излучение, возникающее
при уменьшении кинетической энергии
заряженных частиц, характеристическое
излучение с дискретным энергетическим
спектром, возникающее при изменении
энергетического состояния
Корпускулярное излучение, состоящее из потока заряженных частиц (альфа-, бета-частиц, протонов, электронов), кинетическая энергия которых достаточна для ионизации атомов при столкновении, относится к классу непосредственно ионизирующего излучения.
Нейтроны и другие элементарные частицы непосредственно не производят ионизацию, но в процессе взаимодействия со средой высвобождают заряженные частицы (электроны, протоны), способные ионизировать атомы и молекулы среды, через которую проходят. Соответственно, корпускулярное излучение, состоящее из потока незаряженных частиц, называют косвенно ионизирующим излучением.
Источником ионизирующего излучения называют объект, содержащий радиоактивный материал, или техническое устройство, испускающее или способное (при определенных условиях) испускать ионизирующее излучение.
Классификация источников излучения.
Современные ядерно-
Источниками излучений действующего ядерного реактора, кроме активной зоны, являются система охлаждения, конструкционные материалы, оборудование и др. Поле излучения таких реальных сложных источников обычно представляется как суперпозиция полей излучения отдельных, более элементарных источников.
Любой источник излучения характеризуется: Видом излучения – основное внимание уделяется наиболее часто встречающимся на практике источникам g -излучения, нейтронов, a -, b + -, b - -частиц.
ПКИ в основном состоит из быстрых протонов, альфа-частиц и небольшого количества ядер углерода, азота, кислорода и более тяжелых ядер. За пределами земной атмосферы в его состав входят также электроны, нейтроны, и, возможно, гамма-лучи. Значительная часть этих частиц задерживается атмосферой и не достигает земной поверхности. Высокоэнергетичные частицы ПКИ, проникая в верхние слои атмосферы, воздействуют на ядра атомов составляющих ее элементов, вызывая ядерные реакции с образованием таких радионуклидов как тритий, бериллий-7,10, натрий –22,23.
При этих реакциях возникают высокоэнергетичные протоны, пионы и каоны, в свою очередь вызывающие ядерные реакции. Нейтроны, теряя свою энергию, частично захватываются атомами азота воздуха, образуя радиоактивный изотоп углерод-14.
Потоки этих частиц образуют так называемые космические ливни, составляющие вторичное космическое излучение, проникающее уже в нижние слои атмосферы и облучающее биосферу. ВКИ состоит из “мягкой” (позитроны, фотоны) и “жесткой” ( m -мезоны) компонент.
Мощность ВКИ у земной поверхности неравномерна: чем выше она расположена над уровнем моря, тем меньше слой экранирующей атмосферы и, соответственно, выше мощность ВКИ. Это явление получило название барометрического эффекта.
Протяженные источники представляют суперпозицию точечных источников и могут быть линейными, поверхностными или объемными с ограниченными, полубесконечными или бесконечными размерами.
Физически точечным можно считать такой источник, максимальные размеры которого много меньше расстояния до точки детектирования и длины свободного пробега в материале источника (ослаблением излучения в источнике можно пренебречь).
Геометрией источника (формой
и размерами) – геометрически
источники могут быть точечными
и протяженными. Энергетическим составом
– энергетический спектр источников
может быть моноэнергетическим (испускаются
частицы одной фиксированной
энергии), дискретным (испускаются
Поверхностные источники
имеют толщину много меньшую,
чем расстояние до точки детектирования
и длина свободного пробега в
материале источника. Угловым распределением
излучения – среди многообразия
угловых распределений
Иногда встречаются угловые распределения, которые можно записать в виде комбинаций изотропных и косинусоидальных угловых распределений излучений. Влияние ионизирующего излучения на вещество характеризуется поглощенной дозой – количеством энергии, переданным единице массы вещества.
Поглощенная доза ионизирующего излучения является основной физической величиной, определяющей степень радиационного воздействия, т.е. мерой ожидаемых последствий облучения объектов живой и неживой природы. В объемном источнике излучатели распределены в трехмерной области пространства.
Мощностью и ее распределением
по источнику – источники
В системе СИ единицей поглощенной дозы служит грей (Гр) – доза, при которой 1кг вещества передается энергия 1Дж. Иногда используют внесистемную единицу – рад: 1рад=100эрг/г=10 -2 Гр. Поглощенная доза характеризует не само излучение, а его воздействие на среду.
Однако, для изучения влияния радиации на живые организмы этих единиц недостаточно, поскольку такое влияние зависит не только от плотности поглощенной энергии, но и от ее распределения в пространстве, точнее – от энергии, переданной частицами на единице длины их пробега.
Для альфа-частиц, например, она в 20 раз выше, чем для гамма-квантов, и поэтому, при одинаковой поглощенной дозе облучение этими частицами примерно в 20 раз опаснее гамма-облучения. Чтобы учесть это, вводится понятие эквивалентной дозы, равной произведению поглощенной дозы на коэффициент качества k, который характеризует действие данного вида радиации на живые организмы. Коэффициент качества показывает, во сколько раз ожидаемый биологический эффект больше, чем для излучения с ЛПЭ=3,5кэВ на 1мкм пути в воде. (ЛПЭ (линейная передача энергии) вдоль пути пробега ионизирующей частицы характеризует потерю энергии заряженных частиц на единицу пути вследствие ионизации и возбуждения.) Единица эквивалентной дозы в системе СИ – зиверт (Зв). Внесистемная единица: бэр – биологический эквивалент рентгена; 1Зв=100бэр.
Характерные значения дозы облучения:
-1,0мбэр – одна тысячная доля бэр;
-2,5бэр – доза космического
облучения пассажира
-10мбэр – одно медицинское обследование грудной клетки с использованием
современного
-10—40мбэр – средняя
доза, полученная
-30мбэр – среднегодовая доза облучения, обусловленная космическим излучением на равнинной части территории России;
-60-80мбэр – среднегодовая
доза облучения, обусловленная
космическим излучением для
-80мбэр – средняя годовая
доза для граждан США от
искусственных источников
-160мбэр – средняя годовая
доза, получаемая экипажами
-300мбэр – средняя годовая
доза населения от всех
-500мбэр – предельно
допустимая годовая доза
-5000мбэр – предельно
допустимая годовая доза
Космическое излучение. Космическое излучение (космические лучи) было открыто в 1912г. австрийским физиком В. Гессом, установившим, что ионизация воздуха на большой высоте превышает таковую на уровне моря. Он предположил, что причиной этого являются лучи внеземного происхождения. Космическое излучение представляет собой поток элементарных частиц очень высокой энергии (10 10 -10 20 эВ и выше), попадающих на Землю из мирового пространства. В атмосфере Земли эти частицы (первичное космическое излучение – ПКИ), взаимодействуя с ядрами ее атомов, в столкновениях с ними теряют свою большую энергию, и порождают новую группу элементарных частиц, также обладающих высокой энергией и скоростью (вторичное космическое излучение - ВКИ).
Естественная радиоактивность. Биосфера Земли постоянно подвергается действию ионизирующего излучения, в том числе космического, альфа-, бета- и гамма-излучения многочисленных радионуклидов, рассеянных в земных породах, воде подземных источников, рек, морей и океанов, в воздухе, а также входящих в состав живых организмов. Совокупность этих видов ионизирующего излучения получила название природного или естественного радиоактивного фона.
Космогенные радионуклиды. Небольшой вклад в облучение биосферы вносят космогенные радионуклиды – тритий, углерод-14, бериллий-7 и натрий-22. Тритий превращается в тритированную воду, с осадками выпадает на земную поверхность и участвует в круговороте воды. Концентрация трития в тканях живых организмов – в среднем 0,4Бк/кг. Углерод-14 окисляется и через фотосинтез вместе с обычным углекислым газом вовлекается в биотический круговорот. Средняя концентрация углерода-14 в тканях растений и животных составляет 27Бк/кг. Бериллий-7 поступает с дождевой водой в растения, с зелеными овощами – в организм животных и человека в количестве 50Бк/год.
Земная радиация. Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах, -калий-40, рубидий-87 и члены двух радиоактивных семейств берут начало соответственно от урана-238 и тория-232 – долгоживущих изотопов, входящих в состав Земли с момента ее возникновения.
Калий-40 (1,3 млн. лет) – долгоживущий радионуклид; усваивается любым организмом без изменения изотопного состава. Его средняя концентрация в различных органах и тканях человека 20-120Бк/кг. Как правило, он является основным естественным бета - излучателем, содержащимся в теле любого представителя флоры и фауны.
Рубидий-87 (61 млрд. лет) – радионуклид с мягким бета - излучением (с энергией 0,275МэВ); распространен в окружающей среде в микроколичествах.
Торий-232 (14 млрд. лет) является альфа – излучателем (с энергией 3,95-4,05МэВ), однако в зонах его распространения естественный радиоактивный фон повышается за счет электронов (с энергией 0,2 – 2,6 МэВ), испускаемых дочерними продуктами распада.
Радиочувствительность
Известно, что дозы излучения, приводящие к заболеванию или смерти различных организмов, различны. Т.е. можно сказать, что каждому биологическому виду свойственна своя мера чувствительности к действию ионизирующей радиации, своя радиочувствительность. Примером крайне низкой радиочувствительности служат бактерии, обнаруженные в канале ядерного реактора. В этих условиях бактерии не только не погибали, но и размножались.
В качестве интегрального критерия радиочувствительности наиболее часто используют величину ЛД 50 (летальная доза) – доза, облучение в которой вызывает 50%-ную гибель биообъектов. Величины ЛД 50 в природе различаются довольно значительно даже в пределах одного вида. Кроме того, даже в одном организме различные ткани и клетки значительно различаются по радиочувствительности, и наряду с чувствительными (костный мозг, лимфоидная ткань, эпителий слизистой тонкого кишечника) имеются относительно устойчивые ткани (мышечная, нервная, костная). Величина радиочувствительности подчиняется следующему закону:чувствительность клеток к излучению прямо зависит от их способности к размножению в данный момент времени .
Ядро клетки более радиочувствительно по сравнению с цитоплазмой. Прямые доказательства этого факта были получены в опытах с прицельным облучением ядра. Оказалось, что попадание уже одной a -частицы в ядро оплодотворенного яйца насекомого вызывает гибель зародыша, тогда как при прохождении частиц через цитоплазму для достижения такого же эффекта необходимо 15млн a -частиц. В опытах на амебах с помощью микрохирургического метода было показано, что пересадка ядер клеток, облученных в дозе 15000рад, в необлученные клетки вызывает такой же эффект (5%-ю выживаемость). Если же облучению подвергали цитоплазму даже в дозе 25000рад, после чего в нее трансплантировали необлученное ядро, то эффекта не наблюдалось: все 100% амеб делились и давали жизнеспособное потомство.
Внутриядерной структурой, ответственной
за жизнеспособность клетки, является
ДНК. Известно, что ДНК, уложенная
в ядрах, представляет собой вещество
наследственности, в ее цепях записана
огромная по объему генетическая информация.
Облучение вызывает различные повреждения
ДНК и ее комплексов. К их числу
относятся разрывы молекул ДНК,
сшивки ДНК-ДНК, ДНК-белок, потеря оснований,
изменение состава оснований. Разрывы
цепей ДНК являются основной причиной
гибели делящихся клеток. В клетке
существует система репарации
Критерием для изучения зависимости доза – эффект служит выживаемость клетки или организма. Зависимость выживания клеток описывается следующим уравнением:
N – число выживших клеток, D – любая доза облучения, D 0 – доза, при которой доля живых клеток уменьшается в е раз. Т.о. можно сделать вывод, что с увеличением дозы излучения увеличивается не только (и не столько) степень поражения всех облученных клеток, сколько доля пораженных, т.е. погибших клеток.
Генетический аспект облучения
Мутации – внезапные естественные
или вызванные искусственно наследуемые
изменения генетического
Классификация мутаций:
Условно мутации делят на спонтанные , возникающие под влиянием природных факторов внешней среды или в результате биохимических изменений в самом организме, и индуцированные , возникающие под влиянием специального воздействия мутагенных факторов, например, ионизирующего излучения химических веществ, в том числе и лекарственных препаратов, пищевых консервантов, пестицидов и т.п. Мутации могут быть прямыми , если их проявление приводит к отклонению от признаков так называемого дикого типа (наиболее распространенного в природе) и обратными (реверсии), если они приводят к восстановлению дикого типа. Мутации в половых клетках – генеративные – передаются следующим поколениям; мутации в любых других клетках организма – соматические – наследуются только дочерними клетками, образовавшимися путем митоза, т.е. оказывают воздействие лишь на тот организм, в котором возникли. Ядерные мутации затрагивают хромосомы ядра, цитоплазматические – генетический материал, заключенный в цитоплазматических органоидах клетки – митохондриях, пластидах. В зависимости от характера изменений в генетическом материале различают точечные мутации, геномные мутации и хромосомные аберрации (перестройки). Точечные мутации (относящиеся к определенному генному участку) представляют собой результат изменения последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК, являющейся носителем генетической информации.
Точечные мутации связаны с добавлением (дупликации, вставки), выпадением (делеции) или перестановкой (инверсии) оснований в ДНК. Хромосомные аберрации являются более крупными изменениями структуры хромосом, часто видимыми в световой микроскоп. Геномные мутации связаны с изменением числа хромосом в клетке, кратным одинарному набору хромосом, а также увеличением или уменьшением числа отдельных хромосом.
Наиболее характерные виды поражений организма
при радиационном облучении
Радиоактивные вещества могут
воздействовать на организм человека
внешне и внутренне. Внешнее облучение
характеризуется воздействием ионизирующего
излучения извне и обусловлено
различной проникающей
Воздействие радиоактивного излучения на организм человека зависит от многих факторов и определяется:
Скоростью радиоактивного распада радионуклида;
Скоростью выведения РВ из организма;
Типом радиоактивного излучения;
Особенностями накопления РВ в тех или иных внутренних органах человека.
Острые последствия
Острая лучевая болезнь (ОЛБ)
Острая лучевая болезнь
возникает после тотального однократного
внешнего равномерного облучения. Между
величиной поглощенной дозы в
организме и средней
Было обнаружено, что зависимость
времени наступления гибели самых
разнообразных объектов от дозы носит
ступенчатый характер. Соответствующая
кривая для человека, описывающая
зависимость средней
Категории:
Если доза облучения основной массы тела достигает 500-1000рад и более, то выживание невозможно , несмотря на медицинский уход и терапию (в Чернобыле - 19 погиб./1 жив.).
При дозах 200-500рад выживание возможно , но необходимо своевременное и квалифицированное лечение (в Чернобыле - 7погиб./14 жив.).
При дозах 100-200рад выживание вполне вероятно без специального решение, т.к. поражение не столь сильное, чтобы вызвать существенное угнетение костного мозга (в Чернобыле – 1 погиб./31 жив.).
При дозах менее 100рад выживание несомненно , а клиническая симптоматика не требует медицинского вмешательства (40 чел. в Чернобыле).
Дробление дозы снижает эффект облучения.
В таблице 1 Приложения показана зависимость степени тяжести ОЛБ от дозы облучения в Гр.
Таблица 1. Степень тяжести ОЛБ от дозы облучения.
Формы |
Доза, Гр |
Степень тяжести |
Фаза | ||||||
Первичная реакция |
латентная |
Разгар болезни |
Раннее восстановление (до 2-3 месяцев) | ||||||
Число заболевших, % |
Время проявления (после облучения) |
длительность |
|||||||
Степень восстановления |
Число выздоровевших, % | ||||||||
Костно-мозговая |
1-2 |
легкая |
30 |
2-3ч |
< 1сут |
4-5 недель |
5-7 недель |
полное |
Как правило, 100% (без лечения) |
2-4 |
средняя |
70-80 |
1-2ч |
1 сут |
3-4 недель |
4-5 недель |
частичное |
Возможно 100% (при лечении) | |
4-6 |
тяжелая |
100 |
20-40 мин |
2 сут |
1,5-3 недель |
2-4 недель |
слабое |
Возможно 50-80 % (при специальном лечении) | |
6-10 |
переходная |
100 |
10-30 мин |
3 сут |
Выражена слабо |
8-12 сут |
- |
Возможно 30-50 % (при раннем специальном лечении) | |
Кишечная |
10-50 |
Крайне тяжелая |
100 |
10-20 мин |
Быстрый переход в фазу разгара болезни |
7-10 сут |
Абсолютно летальный исход | ||
Сосудистая |
50-100 |
100 |
10 мин |
4-7 сут | |||||
Нервно-церебральная |
> 100 |
100 |
Менее 10 мин |
1-3 сут | |||||
Хроническая лучевая болезнь (ХЛБ)
ХЛБ развивается в результате
продолжительного облучения организма
в малых дозах – мощности дозы
0,1-0,5рад/сутки после
Лейкоз. Одно из наиболее распространенных системных заболеваний крови.
Как своеобразный злокачественный гиперпластически-опухолевый процесс лейкоз характеризуется:
а) гиперплазией – патологическим, безудержным разрастанием кроветворной ткани;
б) метаплазией – развитием патологических, не свойственных данному органу, очагов кроветворения как в самой кроветворной системе (костный мозг, селезенка, лимфатические узлы), так и вне ее (всюду, где имеется мезенхимная ткань);
в) клеточной анаплазией – омоложением и утратой родоначальными кроветворными клетками способности к дифференцированию в зрелые кровяные элементы.
В настоящее время принято деление лейкозов на острые и хронические. Это деление основано главным образом на гематологических, морфологических признаках. Основной формой острого лейкоза является гемоцитобластоз, хронического – миелолейкоз хронический, лимфолейкоз хронический.
К острым лейкозам относятся те формы, при которых дифференциация кроветворных элементов обрывается в ранней стадии развития, в связи с чем создается картина “лейкемического зияния”, т.е. отмечается наличие в крови недифференцированных клеток при отсутствии промежуточных форм развития белых клеток и незначительном содержании зрелых лейкоцитов. В связи с прекращением нормального кроветворения возникает тяжелая, быстро прогрессирующая анемия. Клинические варианты острого лейкоза: геморрагический, язвенно-некротический, анемический, типичный. При геморрагическом варианте болезнь характеризуется внезапным появлением кровоизлияний в кожу и слизистые оболочки и кровотечениями из носа, десен, желудочно-кишечного тракта, почек, матки. Язвенно-некротический вариант начинается с дифтерической ангины, принимающей в дальнейшем некротический характер с распространением некротического процесса за пределы миндалин на полость рта и глотки. Анемический вариант клинически протекает подостро с картиной быстро развивающейся и стойкой анемии. Типичный вариант характеризуется наличием всех симптомов, свойственных острому лейкозу: анемии, некрозов, геморрагий, увеличением селезенки, печени и лимфатических узлов. В некоторых случаях острый лейкоз протекает с опухолевидными разрастаниями лимфатических узлов (сарколейкоз). В крови преобладают наименее дифференцированные клетки, количество лейкоцитов варьируется в больших пределах – от резкой лейкопении (малое количество лейкоцитов) до сотен тысяч лейкоцитов в 1мл крови. В течении болезни различают продромальный, или начальный период, продолжающийся 2-3 недели, иногда несколько месяцев; период выраженных явлений длительностью от нескольких недель до нескольких месяцев; конечный период, характеризующийся резким, иногда скачкообразным усилением всех симптомов с повышением температуры за счет самого лейкемического процесса и сопутствующих некротических явлений, продолжительностью 1-2 недели, редко больше. В некоторых случаях, протекающих с лейкопенией, болезнь отличается подострым затяжным течением длительностью до 1-2 лет. Смерть наступает при явлениях резчайшей анемии и кровоточивости. У 15-20% больных непосредственной причиной смерти является кровоизлияние в мозг.

- Воздействие на подсознание людей как метод управления организацией
- Воздействие на теневой рынок
- Воздействие научно-технического прогресса на развитие экономики
- Воздействие на человека вредных факторов и их нормирование
- Воздействие на человека опасных и вредных производственных факторов
- Воздействие неблагоприятных факторов внешней среды на здоровье человека
- Воздействие негативных факторов на биосферу, техносферу и человека.
- Воздействие музыки на психическое состояние ребёнка
- Воздействие на атмосферу г. Экибастуз угольного разреза «Богатырь»
- Воздействие на аудиторию в современной социальной рекламе
- Воздействие налогов на динамику развития экономики. Проблема повышения эффективности налоговой системы в современной России
- Воздействие налоговой системы на объем доходов население
- Воздействие на массы
- Воздействие на окружающую среду при освоении Южно-Удмуртского месторождения Ямало-Ненецкого автономного округа