2.10.3. Біологічний вплив іонізуючих випромінювань

Механізм взаємодії випромінювання з речовиною залежить від властивостей середовища, виду та енергії випромінювання.

Вивчення дії випромінювання на організм людини визначило наступні особливості:

• дія ІВ на організм невідчутна людиною. У людей відсутній орган почуття, що сприймає іонізуючі випромінювання. Тому людина може проковтнути чи вдихнути радіоактивну речовину без усяких первин­них відчуттів. Дозиметричні прилади є як би додатковим органом почуттів, призначеним для сприйняття ІВ;

• висока ефективність поглиненої енергії. Мала кількість поглине­ної енергії випромінювання може викликати глибокі біологічні зміни в організмі;

• різні органи живого організму мають свою чутливість до опромі­нення. При щоденному впливі дози 0,002-0,005 Гр вже настають зміни в крові;

• наявність прихованого чи інкубаційного періоду прояву дії іоні­зуючого випромінювання. Цей період часто називають періодом уда­ваного благополуччя. Тривалість його скорочується зі збільшенням дози;

• дія малих доз може підсумовуватися чи накопичуватися. Цей ефект називається кумуляцією;

• вплив опромінювання може проявлятися безпосередньо на живо­му організмі у вигляді миттєвих уражень (соматичний ефект), через деякий час у вигляді різноманітних захворювань (соматично-стоха- стичний ефект), а також на його потомстві (генетичний ефект);

• не кожен організм у цілому однаково реагує на опромінення.

Іонізуюче випромінювання, впливаючи на живий організм, викли­кає в ньому ланцюг зворотних і незворотних змін, що призводять до тих чи інших біологічних наслідків, залежно від виду, рівня опромі­нення, часу дії, розміру поверхні, яка опромінюється, та властивостей організму. Первинним етапом - спусковим механізмом, що ініціює різноманітні процеси в біологічному об'єкті, є іонізація і порушення молекулярних зв'язків. У результаті впливу ІВ порушується нормаль­ний плин біохімічних процесів і обмін речовин, блокується ділення клітин та процеси регенерації тканин. Відомо, що 2/3 загального скла­ду тканини людини складають вода і вуглець. Вода під впливом випромінювання розщеплюється на водень Н і гідроксильну групу ОН, що безпосередньо, або через ланцюг вторинних ланцюгових пере­творень призводить до утворення продуктів з високою хімічною активністю: гідратного оксиду НО₂ і перекису водню Н₂О₂. Ці з'єд­нання взаємодіють з молекулами органічної речовини тканини, оки­сляючи і руйнуючи її на клітинному рівні.

Залежно від величини поглиненої дози випромінювання та індивідуаль­них особливостей організму викликані зміни можуть бути зворотними чи незворотними. У випадку невеликих доз уражені тканини відновлюють свою функціональну діяльність. Великі дози при тривалому впливі можуть викли­кати незворотне ураження окремих органів чи всього організму.

Будь-який вид ІВ викликає біологічні зміни в організмі як при зовнішньо­му (джерело знаходиться поза організмом), так і при внутрішньому опромі­ненні (радіоактивні речовини попадають усередину організму, наприклад пероральним чи інгаляційним шляхом). Найбільш небезпечними щодо внутрішнього опромінення є речовини, які мають більшу іонізуючу здатність, тобто а- і р-випромінювачі. Зовнішнє опромінення а-, а також р-частками менш небезпечно. Вони мають невеликий пробіг у тканині і не досягають кро­вотворних чи інших внутрішніх органів. Небезпечними для зовнішнього опромінення є у- і нейтронне випромінення, що проникає у тканину на вели­ку глибину і руйнує її.

Важливим фактором впливу ІВ на організм є тривалість опромінення. У результаті одноразового опроміненні всього тіла людини можливі біологічні порушення залежать від сумарної поглиненої дози випромінювання.

Поглинена доза випромінювання, що викликає ураження окремих частин тіла, а потім смерть, перевищує смертельну поглинену дозу опромінення всього тіла. Смертельні поглинені дози для окремих частин тіла наступні: голова - 20 Гр, нижня частина живота - 30 Гр, верхня частина живота - 50 Гр, грудна клітка - 100 Гр, кінцівки - 200 Гр. Променеві захворювання можуть початися вже при дозі в 1 Гр. При загальному опроміненні за короткий термін доза 5-6 Гр призводить до смертельного результату у 100% опромінених, якщо постраждалим не була вчасно надана спеціальна медична допомога.

Ступінь чутливості різних тканин до опромінення неоднакова. Якщо роз­глядати тканини органів у порядку зменшення їхньої чутливості до впливу випромінювання, то одержимо наступну послідовність: зародкові клітини, червоний кістковий мозок, селезінка, легені, лімфатична тканина, зобна зало­за. Велика чутливість кровотворних органів до радіації лежить в основі визна­чення характеру променевої хвороби. У разі одноразового опромінення всього тіла людини поглиненою дозою 0,5 Гр за добу після опромінення може різко скоротитися число лімфоцитів. Зменшиться також і кількість еритроцитів (червоних кров'яних тілець) по закінченні двох тижнів після опромінення. У здорової людини нараховується біля 10¹⁴ червоних кров'яних тілець (щоденне відтворення 10¹²), а у хворого променевою хворобою таке співвідношення порушується, і в результаті гине організм.

Ступінь ураження організму залежить від розміру поверхні, що опроміню­ється. Зі зменшенням поверхні, що опромінюється, зменшується і біологічний ефект. Так, у разі опромінення фотонами поглиненою дозою 4 Гр ділянки тіла площею 6 см² помітного ураження організму не спостерігалося, а у разі опромі­нення такою ж дозою всього тіла було 50% смертельних випадків.

Радіоактивні речовини можуть потрапляти всередину організму в результаті вдиханні повітря, забрудненого радіоактивними елементами, із забрудненою їжею чи водою, через шкіру, а також у результаті зараження від­критих ран.

Найчастіше радіоактивні речовини попадають в організм через травний тракт внаслідок недотримання вимог безпеки.

Небезпека радіоактивних джерел, що попадають тим чи іншим шляхом в організм людини, тим більше, чим вище їх активність. Ступінь небезпеки зал­ежить також від швидкості виведення речовини з організму. Період напівви- ведення Т_нв, тобто термін за який активність нукліда в організмі зменшиться у два рази, для калію-40 Т = 58 діб; цезію-137 Т = 70 діб; для стронцію-90 Т_нв= 1,8 • 10⁴ діб.

Деякі радіоактивні речовини, потрапляючи в організм, розподіляються в ньому більш-менш рівномірно, інші концентруються в окремих внутрішніх органах. Так, у кісткових тканинах відкладаються джерела а-випромінюван- ня (радій-226, уран-238, плутоній-239); р-випромінювання (стронцій-90, ітрий-91). Ці елементи, хімічно зв'язані з кістковою тканиною, дуже важко виводяться з організму. Тривалий час утримуються в організмі також еле­менти з великим атомним номером (полоній, уран і ін.). Елементи, що утво­рюють в організмі легкорозчинні солі, накопичуються в м'яких тканинах і відносно легко видаляються з організму. У м'язових тканинах більш менш рівномірно розподіляються джерела р-випромінювання натрій-24 та цезій-137, а у щитовидній залозі відбувається накопичування у-випромінюючого еле­менту йод-131. Накопичування радіоактивних елементів в окремих ткани­нах та органах обумовлює з часом розвиток в них патологічних змін, напри­клад злоякісних пухлин.