Степень воздействия ионизирующего излучения на организм человека. Ионизирующее излучение

Основное действие всех ионизирующих излучений на организм сводится к ионизации тканей тех органов и систем, которые подвергаются их облучению. Приобретенные в результате этого заряды являются причиной возникновения несвойственных для нормального состояния окислительных реакций в клетках, которые, в свою очередь, вызывают ряд ответных реакций. Таким образом, в облучаемых тканях живого организма происходит серия цепных реакций, нарушающих нормальное функциональное состояние отдельных органов, систем и организма в целом. Есть предположение, что в результате таких реакций в тканях организма образуются вредные для здоровья продукты -- токсины, которые и оказывают неблагоприятное влияние.

При работе с продуктами, обладающими ионизирующими излучениями, пути воздействия последних могут быть двоякими: посредством внешнего и внутреннего облучения. Внешнее облучение может иметь место при работах на ускорителях, рентгеновских аппаратах и других установках, излучающих нейтроны и рентгеновские лучи, а также при работах с закрытыми радиоактивными источниками, то есть радиоактивными элементами, запаянными в стеклянные или другие глухие ампулы, если последние остаются неповрежденными. Источники бетта- и гамма-излучений могут представлять опасность как внешнего, так и внутреннего облучения. aльфа-излучения практически представляют опасность лишь при внутреннем облучении, так как вследствие весьма малой проникающей способности и малого пробега альфа-частиц в воздушной среде незначительное удаление от источника излучения или небольшое экранирование устраняют опасность внешнего облучения.

При внешнем облучении лучами со значительной проникающей способностью ионизация происходит не только на облучаемой поверхности кожных и других покровов, но и в более глубоких тканях, органах и системах. Период непосредственного внешнего воздействия ионизирующих излучений -- экспозиция -- определяется временем облучения.

Внутреннее облучение происходит при попадании радиоактивных веществ внутрь организма, что может произойти при вдыхании паров, газов и аэрозолей радиоактивных веществ, занесении.их в пищеварительный тракт или попадании в ток крови (в случаях загрязнения ими поврежденных кожи и слизистых). Внутреннее облучение более опасно, так как, во-первых, при непосредственном контакте с тканями даже излучения незначительных энергий и с минимальной проникающей способностью все же оказывают действие на эти ткани; во-вторых, при нахождении радиоактивного вещества в организме продолжительность его воздействия (экспозиция), не ограничивается временем непосредственной работы с источниками, а продолжается непрерывна до его полного распада или выведения из организма. Кроме того, при попадании внутрь некоторые радиоактивные вещества, обладая определенными токсическими свойствами, кроме ионизации, оказывают местное или общее токсическое действие (см. «Вредные химические вещества»).

В организме радиоактивные вещества, как и все остальные продукты, разносятся кровотоком по всем органам и системам, после чего частично выводятся из организма через выделительные системы (желудочно-кишечный тракт, почки, потовые и молочные железы и др.), а некоторая их часть отлагается в определенных органах и системах, оказывая на них преимущественное, более выраженное действие. Некоторые же радиоактивные вещества (например, натрий -- Na24) распределяются по всему организму относительно равномерно. Преимущественное отложение различных веществ в тех или иных органах и системах определяется их физико-химическими свойствами и функциями этих органов и систем.

Комплекс стойких изменений в организме под воздействием ионизирующих излучений называется лучевой болезнью. Лучевая болезнь может развиться как вследствие хронического воздействия ионизирующих излучений, так и при кратковременном облучении значительными дозами. Она характеризуется главным образом изменениями со стороны центральной нервной системы (подавленное состояние, головокружение, тошнота, общая слабость и др.), крови и кроветворных органов, кровеносных сосудов (кровоподтеки вследствие ломкости сосудов), желез внутренней секреции.

В результате длительных воздействий значительных доз ионизирующего излучения могут развиваться злокачественные новообразования различных органов и тканей, которые: являются отдаленными последствиями этого воздействия. К числу последних можно отнести также понижение сопротивляемости организма различным инфекционным и другим заболеваниям, неблагоприятное влияние на детородную функцию и другие.

Влияние ионизирующих излучений на организм

Основное действие всех ионизирующих излучений на организм сводится к ионизации тканей тех органов и систем, которые подвергаются их облучению. Приобретенные в результате этого заряды являются причиной возникновения несвойственных для нормального состояния окислительных реакций в клетках, которые, в свою очередь, вызывают ряд ответных реакций. Таким образом, в облучаемых тканях живого организма происходит серия цепных реакций, нарушающих нормальное функциональное состояние отдельных органов, систем и организма в целом. Есть предположение, что в результате таких реакций в тканях организма образуются вредные для здоровья продукты - токсины, которые и оказывают неблагоприятное влияние.

При работе с продуктами, обладающими ионизирующими излучениями, пути воздействия последних могут быть двоякими: посредством внешнего и внутреннего облучения. Внешнее облучение может иметь место при работах на ускорителях, рентгеновских аппаратах и других установках, излучающих нейтроны и рентгеновские лучи, а также при работах с закрытыми радиоактивными источниками, то есть радиоактивными элементами, запаянными в стеклянные или другие глухие ампулы, если последние остаются неповрежденными. Источники бетта- и гамма-излучений могут представлять опасность как внешнего, так и внутреннего облучения. aльфа-излучения практически представляют опасность лишь при внутреннем облучении, так как вследствие весьма малой проникающей способности и малого пробега альфа-частиц в воздушной среде незначительное удаление от источника излучения или небольшое экранирование устраняют опасность внешнего облучения.

При внешнем облучении лучами со значительной проникающей способностью ионизация происходит не только на облучаемой поверхности кожных и других покровов, но и в более глубоких тканях, органах и системах. Период непосредственного внешнего воздействия ионизирующих излучений - экспозиция - определяется временем облучения.

Внутреннее облучение происходит при попадании радиоактивных веществ внутрь организма, что может произойти при вдыхании паров, газов и аэрозолей радиоактивных веществ, занесении.их в пищеварительный тракт или попадании в ток крови (в случаях загрязнения ими поврежденных кожи и слизистых). Внутреннее облучение более опасно, так как, во-первых, при непосредственном контакте с тканями даже излучения незначительных энергий и с минимальной проникающей способностью все же оказывают действие на эти ткани; во-вторых, при нахождении радиоактивного вещества в организме продолжительность его воздействия (экспозиция), не ограничивается временем непосредственной работы с источниками, а продолжается непрерывна до его полного распада или выведения из организма. Кроме того, при попадании внутрь некоторые радиоактивные вещества, обладая определенными токсическими свойствами, кроме ионизации, оказывают местное или общее токсическое действие (см. «Вредные химические вещества») .

В организме радиоактивные вещества, как и все остальные продукты, разносятся кровотоком по всем органам и системам, после чего частично выводятся из организма через выделительные системы (желудочно-кишечный тракт, почки, потовые и молочные железы и др.), а некоторая их часть отлагается в определенных органах и системах, оказывая на них преимущественное, более выраженное действие. Некоторые же радиоактивные ве- щества (например, натрий - Na 24) распределяются по всему организму относительно равномерно. Преимущественное отложение различных веществ в тех или иных органах и системах определяется их физико-химическими свойствами и функциями этих органов и систем.

Комплекс стойких изменений в организме под воздействием ионизирующих излучений называется лучевой болезнью. Лучевая болезнь может развиться как вследствие хронического воздействия ионизирующих излучений, так и при кратковременном облучении значительными дозами. Она характеризуется главным образом изменениями со стороны центральной нервной системы (подавленное состояние, головокружение, тошнота, общая слабость и др.), крови и кроветворных органов, кровеносных сосудов (кровоподтеки вследствие ломкости сосудов), желез внутренней секреции.

В повседневной жизни человека ионизирующие излучения встречаются постоянно. Мы их не ощущаем, но не можем отрицать их воздействия на живую и неживую природу. Не так давно люди научились использовать их как во благо, так и в качестве оружия массового истребления. При правильном использовании эти излучения способны изменить жизнь человечества в лучшую сторону.

Виды ионизирующих излучений

Чтобы разобраться с особенностями влияния на живые и неживые организмы, нужно выяснить, какими они бывают. Также важно знать их природу.

Ионизирующее излучение - это особенные волны, которые способны проникать через вещества и ткани, вызывая ионизацию атомов. Существует несколько его видов: альфа-излучение, бета-излучение, гамма-излучение. Все они имеют разный заряд и способности действовать на живые организмы.

Альфа-излучение самое заряженное из всех видов. Оно обладает огромной энергией, способной даже в малых дозах вызывать лучевую болезнь. Но при непосредственном облучении проникает только в верхние слои кожи человека. От альфа-лучей защищает даже тонкий лист бумаги. В то же время, попадая в организм с едой или со вдохом, источники этого излучения довольно быстро становятся причиной смерти.

Бета-лучи несут немного меньший заряд. Они способны проникать глубоко в организм. При длительном облучении становятся причиной смерти человека. Меньшие дозы вызывают изменение в клеточной структуре. Защитой может послужить тонкий лист алюминия. Излучение изнутри организма также смертельно.

Самым опасным считается гамма-излучение. Оно проникает насквозь организма. В больших дозах вызывает радиационный ожог, лучевую болезнь, смерть. Защитой от него может быть только свинец и толстый слой бетона.

Особенной разновидностью гамма-излучения считаются рентгеновские лучи, которые генерируются в рентгеновской трубке.

История исследований

Впервые об ионизирующих излучениях мир узнал 28 декабря 1895 года. Именно в этот день Вильгельм К. Рентген объявил, что открыл особый вид лучей, способных проходить через разные материалы и человеческий организм. С этого момента многие врачи и ученые начали активно работать с этим явлением.

Длительное время никто не знал о его влиянии на человеческий организм. Поэтому в истории известно немало случаев гибели от чрезмерного облучения.

Супруги Кюри подробно изучили источники и свойства, которые имеет ионизирующее излучение. Это дало возможность использовать его с максимальной пользой, избегая негативных последствий.

Естественные и искусственные источники излучений

Природа создала разнообразные источники ионизирующего излучения. В первую очередь это радиация солнечных лучей и космоса. Большая ее часть поглощается озоновым шаром, который находится высоко над нашей планетой. Но некоторая их часть достигает поверхности Земли.

На самой Земле, а точнее в ее глубинах, есть некоторые вещества, продуцирующие радиацию. Среди них - изотопы урана, стронция, радона, цезия и другие.

Искусственные источники ионизирующих излучений созданы человеком для разнообразных исследований и производства. При этом сила излучений может в разы превышать естественные показатели.

Даже в условиях защиты и соблюдения мер безопасности люди получают опасные для здоровья дозы облучения.

Единицы измерения и дозы

Ионизирующее излучение принято соотносить с его взаимодействием с человеческим организмом. Поэтому все единицы измерения так или иначе связаны со способностью человека поглощать и накапливать энергию ионизации.

В системе СИ дозы ионизирующего излучения измеряются единицей, именуемой грей (Гр). Она показывает количество энергии на единицу облучаемого вещества. Один Гр равен одному Дж/кг. Но для удобства чаще используется внесистемная единица рад. Она равна 100 Гр.

Радиационный фон на местности измеряется экспозиционными дозами. Одна доза равна Кл/кг. Эта единица используется в системе СИ. Внесистемная единица, соответствующая ей, называется рентген (Р). Чтобы получить поглощенную дозу 1 рад, нужно поддаться облучению экспозиционной дозой около 1 Р.

Поскольку разные виды ионизирующих излучений имеют разный заряд энергии, его измерение принято сравнивать с биологическим влиянием. В системе СИ единицей такого эквивалента выступает зиверт (Зв). Внесистемный его аналог - бэр.

Чем сильнее и дольше излучение, тем больше энергии поглощается организмом, тем опаснее его влияние. Чтобы узнать допустимое время пребывания человека в радиационном загрязнении, используются специальные приборы - дозиметры, осуществляющие измерение ионизирующего излучения. Это бывают как приборы индивидуального пользования, так и большие промышленные установки.

Влияние на организм

Вопреки бытующему мнению, не всегда опасно и смертельно любое ионизирующее излучение. Это можно увидеть на примере с ультрафиолетовыми лучами. В малых дозах они стимулируют генерацию витамина D в человеческом организме, регенерацию клеток и увеличение пигмента меланина, дающего красивый загар. Но длительное облучение вызывает сильные ожоги и может стать причиной развития рака кожи.

В последние годы активно изучается воздействие ионизирующего излучения на человеческий организм и его практическое применение.

В небольших дозах излучения не причиняют никакого вреда организму. До 200 милирентген могут снизить количество белых кровяных клеток. Симптомом такого облучения будут тошнота и головокружение. Около 10% людей гибнут, получив такую дозу.

Большие дозы вызывают расстройство пищеварительной системы, выпадение волос, ожоги кожи, изменения клеточной структуры организма, развитие раковых клеток и смерть.

Лучевая болезнь

Длительное действие ионизирующего излучения на организм и получение им большой дозы облучения могут стать причиной лучевой болезни. Больше половины случаев этого заболевания ведут к летальному исходу. Остальные становятся причиной целого ряда генетических и соматических заболеваний.

На генетическом уровне происходят мутации в половых клетках. Их изменения становятся очевидными в следующих поколениях.

Соматические болезни выражаются канцерогенезом, необратимыми изменениями в разных органах. Лечение этих заболеваний длительное и довольно трудное.

Лечение лучевых поражений

В результате патогенного воздействия радиации на организм возникают различные поражения органов человека. В зависимости от дозы облучения проводят разные методы терапии.

В первую очередь больного помещают в стерильную палату, чтобы избежать возможности инфицирования открытых пораженных участков кожи. Далее проводят специальные процедуры, способствующие скорому выведению из организма радионуклидов.

При сильных поражениях может понадобиться пересадка костного мозга. От радиации он теряет способность воспроизводить красные кровяные клетки.

Но в большинстве случаев лечение легких поражений сводится к обезболиванию пораженных участков, стимулированию регенерации клеток. Большое внимание уделяется реабилитации.

Влияние ионизирующего излучения на старение и рак

В связи с влиянием ионизирующих лучей на организм человека ученые проводили разные эксперименты, доказывающие зависимость процессов старения и канцерогенеза от дозы облучения.

В лабораторных условиях подвергались облучениям группы клеточных культур. Вследствие этого удалось доказать, что даже незначительное облучение способствует ускорению старения клеток. При этом чем старше культура, тем больше она подвержена этому процессу.

Длительное же облучение приводит к гибели клеток или аномальному и быстрому их делению и росту. Этот факт свидетельствует о том, что ионизирующее излучение на организм человека оказывает канцерогенное действие.

В то же время воздействие волн на пораженные раковые клетки приводило к их полной гибели или остановке процессов их деления. Это открытие помогло разработать методику лечения раковых опухолей человека.

Практическое применение радиации

Впервые излучения начали использовать в медицинской практике. С помощью рентгеновских лучей врачам удалось заглянуть внутрь человеческого организма. При этом вреда ему практически не наносилось.

Далее с помощью облучения начали лечить раковые заболевания. В большинстве случаев этот метод оказывает положительное влияние, невзирая на то что весь организм подвергается сильному воздействию излучения, влекущему за собой ряд симптомов лучевой болезни.

Кроме медицины, ионизирующие лучи используются и в других отраслях. Геодезисты с помощью радиации могут изучить особенности строения земной коры на ее отдельных участках.

Способность некоторых ископаемых выделять большое количество энергии человечество научилось использовать в собственных целях.

Атомная энергетика

Именно за атомной энергией будущее всего населения Земли. Атомные электростанции выступают источниками сравнительно недорогого электричества. При условии их правильной эксплуатации такие электростанции намного безопаснее, чем ТЭС и ГЭС. От атомных электростанций намного меньше загрязнения окружающей среды как лишним теплом, так и отходами производства.

В то же время на основании атомной энергии ученые разработали оружие массового поражения. На данный момент на планете атомных бомб столько, что запуск незначительного их количества может стать причиной ядерной зимы, вследствие которой погибнут практически все живые организмы, населяющие ее.

Средства и способы защиты

Использование в повседневной жизни радиации требует серьезных мер предосторожности. Защита от ионизирующих излучений делится на четыре типа: временем, расстоянием, количеством и экранированием источников.

Даже в среде с сильным радиационным фоном человек может находиться некоторое время без вреда для своего здоровья. Именно этот момент определяет защиту временем.

Чем больше расстояние до источника излучения, тем меньше доза поглощаемой энергии. Поэтому стоит избегать близкого контакта с местами, где есть ионизирующее излучение. Это гарантированно убережет от нежелательных последствий.

Если есть возможность использовать источники с минимальным излучением, им в первую очередь отдается предпочтение. Это и есть защита количеством.

Экранирование же означает создание барьеров, через которые не проникают вредоносные лучи. Примером тому служат свинцовые ширмы в рентгеновских кабинетах.

Бытовая защита

В случае объявления радиационной катастрофы следует немедленно закрыть все окна и двери, постараться запастись водой из закрытых источников. Еда должна быть только консервированной. При перемещении на открытой местности максимально закрыть тело одеждой, а лицо - респиратором или влажной марлей. Стараться не заносить в дом верхнюю одежду и обувь.

Необходимо также приготовиться к возможной эвакуации: собрать документы, запас одежды, воды и еды на 2-3 суток.

Ионизирующие излучения как экологический фактор

На планете Земля довольно много загрязненных радиацией участков. Причиной тому служат как естественные процессы, так и техногенные катастрофы. Самые известные из них - авария на ЧАЭС и атомные бомбы над городами Хиросима и Нагасаки.

В таких местах человек не может находиться без вреда для собственного здоровья. В то же время не всегда есть возможность узнать заранее о радиационном загрязнении. Порой даже некритический радиационный фон может стать причиной катастрофы.

Причиной тому служит способность живых организмов поглощать и накапливать радиацию. При этом они сами превращаются в источники ионизирующего излучения. Всем известные «черные» анекдоты о чернобыльских грибах основаны именно на этом свойстве.

В таких случаях защита от ионизирующих излучений сводится к тому, что все потребительские продукты поддаются тщательному радиологическому изучению. В то же время на стихийных рынках всегда есть шанс купить именно знаменитые «чернобыльские грибы». Поэтому стоит воздержаться от покупок у непроверенных продавцов.

Человеческий организм склонен накапливать опасные вещества, вследствие чего происходит постепенное отравление изнутри. Неизвестно, когда именно дадут о себе знать последствия влияния этих ядов: через день, год или через поколение.

В организме человека радиация вызывает цепочку обратимых и необратимых изменений. Пусковым механизмом воздействия являют­ся процессы ионизации и возбуждения молекул и атомов в тканях. Важную роль в формировании биологических эффектов играют сво­бодные радикалы Н + и ОН-, образующиеся в процессе радиолиза воды (в организме содержится до 70% воды). Обладая высокой химической активностью, они вступают в химические реакции с молекулами бел­ка, ферментов и других элементов биологической ткани, вовлекая в реакции сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением, что приводит к нарушению биохимических процессов в организме.

Под воздействием радиации нарушаются обменные процессы, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химиче­ские соединения, не свойственные организму (токсины). Нарушаются функции кроветворных органов (красного костного мозга), увеличи­вается проницаемость и хрупкость сосудов, происходит расстройство

желудочно-кишечного тракта, ослабевает иммунная система человека, происходит его истощение, перерождение нормальных клеток в зло­качественные (раковые) и др.

Ионизирующее излучение вызывает поломку хромосом, после чего происходит соединение разорванных концов в новые сочетания. Это приводит к изменению генного аппарата человека. Стойкие изме­нения хромосом приводят к мутациям, которые отрицательно влияют на потомство.

Для защиты от ионизирующих излучений применяют следующие методы и средства:

Снижение активности (количества) радиоизотопа, с которым работает человек;

Увеличение расстояния от источника излучения;

Экранирование излучения с помощью экранов и биологиче­ских защит;

Применение средств индивидуальной защиты.

В инженерной практике для выбора типа и материала экрана, его толщины используют уже известные расчетно-экспериментальные данные по кратности ослабления излучений различных радионукли­дов и энергий, представленные в виде таблиц или графических зави­симостей. Выбор материала защитного экрана определяется видом и энергией излучения.

Для защиты от альфа-излучения достаточно 10 см слоя воздуха. При близком расположении от альфа-источника применяют экраны из органического стекла.

Для защиты от бета-излучения рекомендуется использовать материалы с малой атомной массой (алюминий, плексиглас, карболит). Для комплексной защиты от бета- и тормозного гамма-излучения применяют комбинированные двух- и многослойные экраны, у кото­рых со стороны источника излучения устанавливают экран из мате­риала с малой атомной массой, а за ним - с большой атомной массой (свинец, сталь и т.д.).

Для защиты от гамма- и рентгеновского излучения, обладаю­щих очень высокой проникающей способностью, применяют материа­лы с большой атомной массой и плотностью (свинец, вольфрам и др.), а также сталь, железо, бетон, чугун, кирпич. Однако чем меньше атомная масса вещества экрана и чем меньше плотность защитного материала, тем для требуемой кратности ослабления требуется боль­шая толщина экрана.

Для защиты от нейтронного излучения применяют водородо-содержащие вещества: воду, парафин, полиэтилен. Кроме того, нейт­ронное излучение хорошо поглощается бором, бериллием, кадмием, графитом. Поскольку нейтронные излучения сопровождаются гамма-излучениями, необходимо применять многослойные экраны из раз­личных материалов: свинец-полиэтилен, сталь-вода и водные рас­творы гидроокисей тяжелых металлов.

Средства индивидуальной защиты. Для защиты человека от внутреннего облучения при попадании радиоизотопов внутрь организ­ма с вдыхаемым воздухом применяют респираторы (для защиты от ра­диоактивной пыли), противогазы (для защиты от радиоактивных газов).

При работе с радиоактивными изотопами применяют халаты, комбинезоны, полукомбинезоны из неокрашенной хлопчатобумажной ткани, а также хлопчатобумажные шапочки. При опасности значи-тельного загрязнения помещения радиоактивными изотопами поверх хлопчатобумажной одежды надевают пленочную (нарукавники, брю­ки, фартук, халат, костюм), покрывающую все тело или места воз­можного наибольшего загрязнения. В качестве материалов для пле­ночной одежды применяют пластики, резину и другие материалы, которые легко очищаются от радиоактивных загрязнений. При ис­пользовании пленочной одежды в ее конструкции предусматривается принудительная подача воздуха под костюм и нарукавники.

При работе с радиоактивными изотопами высокой активности используют перчатки из просвинцованной резины.

При высоких уровнях радиоактивного загрязнения применяют пневмокостюмы из пластических материалов с принудительной пода­чей чистого воздуха под костюм. Для защиты глаз применяют очки закрытого типа со стеклами, содержащими фосфат вольфрама или свинец. При работе с альфа- и бета-препаратами для защиты лица и глаз используют защитные щитки из оргстекла.

На ноги надевают пленочные туфли или бахилы и чехлы, сни­маемые при выходе из загрязненной зоны.