Особенное значение в условиях современного научно-технического прогресса приобрела возможность использования ядерных реакций как источника энергии. Эффективность атомной энергетики и других источников ионизирующего излучения в жизни человека очевидна. В то же время развитие этой отрасли создало потенциальную угрозу радиационного загрязнения окружающей среды, что особенно опасно для человека и всего живого на Земле. Знание физических и биохимических механизмов влияния радиации на живую и неживую природу является очень важным.
Радиоактивные вещества и ионизирующее излучение.
Такие химические элементы, как уран, радий, плутоний, калифорний и некоторые другие имеют способность к спонтанным превращениям, приводящим к изменению их атомного номера и массы атома. Эти превращения сопровождаются потоком излучения высокой энергии, состоящим из положительно и отрицательно заряженных частиц и коротковолнового электромагнитного излучения.
Впервые явление распада наблюдали у радия (Ra), и поэтому оно получило название радиоактивного распада, а излучение, сопровождавшее этот распад, - радиоактивного излучения, ионизирующего излучения, или проникающей радиации. При распаде радия регистрируют излучения трех видов: ядер атома гелия, имеющих положительный заряд, электронов, позитронов, и коротковолнового электромагнитного излучения.
Ионизирующим излучением называют любое излучение, взаимодействие которого с веществом ведет к образованию из нейтральных атомов и молекул положительных и отрицательных ионов.
Ионизирующее излучение является естественным компонентом среды обитания человека. В результате его образуется радиационный фон, состоящий из естественного и искусственного радиационного фона. Естественный радиационный фон формируют космические излучения, радиоактивные элементы земной коры, вода, воздух и прочее.
Уровень радиационного фона от природных источников равняется 10—18 микрорентген в час и действует на все живое.
Суммарная годовая доза облучения человека естественным радиационным фоном составляет 0,1—0,7 БЭР (биологический эквивалент рентгена, равняется 0,01 Дж/кг) и зависит от уровня радиационного фона, энергии и характера ионизирующего излучения, а также от степени поглощения этого излучения организмом человека.
Уровень радиационного фона окружающей среды в последнее время возрос вследствие рассеивания искусственных радионуклидов, увеличения количества промышленных выбросов и продуктов сгорания органического топлива в 6nocq ру, а также вследствие работы транспортных средств (наземных, подводных, воздушных), радиоэлектронной бытовой техники, использования атомной энергии и т. д. Излучение, обусловленное рассеиванием в биосфере искусственных радионуклидов, образует искусственный радиационный фон.
Уровень радиоактивных изотопов в растительных и животных организмах зависит от их концентрации в окружающей среде. Радиоактивные элементы поступают в организм человека вместе с водой, воздухом и пищевыми продуктами.
Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) введена предельно допустимая доза (ПДД) радиоактивного облучения - это доза, не приводящая к значительным нарушениям в человеческом организме.
Различают внешнее и внутреннее облучение. Внутреннее облучение более опасно, чем внешнее, так как источник излучения (радиоактивные элементы) находится в непосредственном контакте с молекулами живого организма. Кроме того, радиоактивные элементы, попавшие в организм человека, могут накапливаться в нем и действовать на протяжении длительного времени.
Исследования радиационной генетики, изучающей наследственные изменения (мутации), возникшие под влиянием различных излучений, дали возможность установить ПДД, не превышающую 5 Р в год.
Пути попадания радионуклидов в организм человека.
Допустимое содержание радиоактивных веществ в организме (то есть такое количество, при наличии которого образуется доза на критический орган, не превышающая ПДД) зависит от степени безопасности радиоактивных элементов в случае проникновения внутрь и определяется их радиотоксичностью.
Радиотоксичность — свойство радиоактивных изотопов вызывать патологические изменения в организме. Радиотоксичность изотопов зависит преимущественно от путей поступления радиоактивных веществ в организм, распределения их в органах и системах, времени пребывания радионуклидов в организме.
Основными путями поступления радиоактивных веществ в организм человека являются органы дыхания и пищеварения, а также кожа. Частички пыли с радиоактивными изотопами во время вдыхания воздуха через верхние дыхательные пути частично оседают в полости носа и носоглотке, а частично попадают в желудок и легкие. Большие частички задерживаются в верхних дыхательных путях, а малые - в легких.
Газообразные радиоактивные вещества из вдыхаемого воздуха уже за считанные секунды попадают в межклеточное вещество.
Жидкие и твердые радиоактивные вещества в зависимости от физико-химических свойств ведут себя в организме по-разному. Часть их откладывается в органах дыхания и глубоких отделах легких, часть выдыхается. В легких эти вещества частично скапливаются в альвеолах, частично разносятся кровью и оседают в лимфатических узлах.
Некоторая часть радиоактивных веществ может попадать в межклеточную жидкость из тонкой кишки.
Через неповрежденную кожу поглощение радиоактивных веществ в 200-300 раз меньше, чем через пищеварительный канал (исключением является изотоп водорода — тритий, который легко проникает через кожу, растворяясь в ее жире). Поэтому кожа защищает организм от поступления в него этих веществ.
По характеру распределения в организме человека радиоактивные вещества делят на три группы: радионуклиды, откладывающиеся в костях (кальций, стронций, барий, радий); радионуклиды, концентрирующиеся в печени до 60 % по общему содержанию (цезий, нитрат плутония и др.); радионуклиды, равномерно распределяющиеся по всему организму (кислород, водород, железо, полоний).
При употреблении пищевых продуктов, загрязненных радиоактивными веществами, возможно дополнительное внутреннее облучение.
Главную роль в дополнительном внутреннем облучении играют Cs (цезий) и Sr (стронций), которые по химическим свойствам являются аналогами Са и К. Sr и Cs поступают в организм по пищевым цепочкам: 1) атмосфера - почва - растение (через корневую систему) —молоко —мясо —человек; 2) атмосфера —растение (через листья) — молоко — мясо — человек. Попадая в организм, они активно включаются в биологические циклы.
Чувствительность тканей и органов к воздействию излучения различна. Ученые установили, что самыми чувствительными к облучению являются слабо дифференцированные молодые клетки, растущие или размножающиеся (например, клетки яичка, яичников, лимфатической ткани, костного мозга).
Некоторые радионуклиды имеют высокую избирательность распределения в организме, накапливаются в определенных органах или тканях в больших концентрациях и обусловливают высокие дозы облучения. Примером такого радионуклида является радиоактивный йод-131, который накапливается в щитовидной железе.
Допускают, что ионизирующие излучения способны оказывать непосредственно разрушающее действие в случае прямого попадания на элементы ядерных структур клетки, в частности, приводить к так называемым хромосомным изменениям и генным мутациям.
Генетические последствия как результат внешнего облучения.
Закономерности и механизмы возникновения наследственных изменений (мутаций) под влиянием ионизирующего излучения изучает радиационная генетика.
Ионизирующее излучение влияет на организм в разных дозах, даже в очень малых. Оно обусловливает радиационно-химическое повреждение молекул, входящих в состав клеточных структур, изменяет обмен веществ и физиологические функции всего организма. Особенно тяжелые последствия воздействия излучения обусловлены повреждением дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Нарушение структуры клеток и биологически важных молекул является причиной развития отдаленных последствий действия ионизирующих излучений (последействие), проявлением которых могут быть гибель клеток или потеря ими способности к делению, возникновение хромосомных мутаций, наследственные изменения, лучевая болезнь.
Прогнозирование и оценка отдаленных последствий лучевых поражений, обусловленных малыми дозами облучения, очень сложные, так как закономерности их возникновения существенно отличаются от лучевых поражений вследствие облучений дозами 100 рад (внесистемная единица поглощенной дозы радиации; 1 рад = 0,01 Дж/кг) и больше.
Некоторые исследования радиационной генетики свидетельствуют, что естественная частота заболевания злокачественными новообразованиями составляет 1000-2 000 случаев на 1 млн населения в год. Риск возникновения опухоли вследствие облучения дозой 0,01 Грей (1 рад) на 1 млн населения составляет 3—6 случаев в год, увеличение частоты генетических изменений в организме в случае облучения этой же дозой (в первом поколении) составляет 3—4 случая (0,04 %).
Данные ученых в этой отрасли до 1986 года базировались на исследованиях последствий испытаний и использования ядерного оружия, последствий аварий во время соответствующих экспериментов и др. Однако весь предыдущий опыт не может сравниться с последствиями, возможными после чернобыльской катастрофы. До сих пор еще не изучен достаточно механизм совместного действия внешнего и внутреннего излучения (воздух, пища), совсем не изучено явление синергизма - взаимодействия радиации с химическими веществами (свинцом, пестицидами и др.).
Защита организма от ионизирующего излучения.
Существуют меры, способствующие снижению угрозы радиационного поражения организма. От внешних источников ионизирующих излучений (рентгеновское, гамма-кванты, нейтроны, альфа-частицы и др.) организм защищают при помощи экранов из материалов, поглощающих радиацию. Чтобы радиоактивные вещества не попали внутрь организма, необходимо правильно организовать работу с источниками излучения, обеспечить персонал индивидуальными средствами защиты (комбинезоны, пневмокостюмы, обувь и др.), соблюдать правила личной гигиены, а также методики сбора, сохранения, обработки и удаления радиоактивных отходов. Чтобы предотвратить облучение организма во время работы с источниками ионизирующих излучений, проводят дозиметрический контроль. Если облучения организма невозможно избежать, степень лучевого поражения можно ослабить, применяя радиозащитные средства (радиопротекторы) - витамины, серосодержащие вещества, аминокислоты, гормоны и др. Они повышают естественную устойчивость организма к ионизирующим излучениям - радиоустойчивость. Для выведения радионуклидов из организма используют разнообразные адсорбенты, самым доступным и распространенным из которых является активированный уголь.
Влияние электромагнитного излучения на организм человека.
К физическим факторам окружающей среды, имеющим ионизирующую способность, относится электромагнитное излучение (например, гамма-излучение, ультрафиолетовые лучи).
В последнее время в результате интенсивного развития электроники и радиотехники природная среда находится под воздействием электромагнитных излучений (электромагнитных полей). Главным их источником являются радио-, телевизионные и радиолокационные станции, высоковольтные линии передач, электротранспорт, трансформаторные станции. Особенно опасны мощные военные радиолокационные станции, напряжение поля которых является настолько высоким, что нередко становится причиной гибели птиц, попадающих в него.
Напряжение электромагнитного поля измеряют в вольтах на метр (В/м). Электрические поля высокого напряжения отрицательно влияют прежде всего на нервную систему человека. Так, напряжение поля в 100 В/м вызывает головную боль и сильную усталость, а более высокое напряжение — бессонницу, неврозы, тяжелые заболевания. В районах, где расположены радиостанции и военные радиолокационные станции, уровень электромагнитных излучений превышает гигиенические нормы в 4—8 раз, а вблизи мощных ЛЭП (свыше 1000 кВ) - в 20 раз.
Одним из основных средств охраны населения от влияния электромагнитного излучения является вынос мощных коммуникаций за пределы территории проживания людей.
|
