Биологическое действие радиации. План Введение Введение Понятие «Биологическое действие радиации» Понятие «Биологическое действие радиации» Прямое и косвенное. Биологическое действие радиоактивных излучений — Гипермаркет знаний

06.05.2019

Реферат

Тема:

План:

Введение

1 Прямое и косвенное действие ионизирующего излучения

2 Воздействие ионизирующего излучения на отдельные органы и организм в целом

3 Мутации

4 Действие больших доз ионизирующих излучений на биологические объекты

5. Два вида облучения организма: внешнее и внутреннее

Заключение

Литература

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ

Фактор радиации присутствовал на нашей планете с момента ее образования, и как показали дальнейшие исследования, ионизирующие излучения наряду с другими явлениями физической, химической и биологической природы сопровождали развитие жизни на Земле. Однако, физическое действие радиации начало изучаться только в конце XIX столетия, а ее биологические эффекты на живые организмы -- в середине XX. Ионизационные излучения относятся к тем физическим феноменам, которые не ощущаются нашими органами чувств, сотни специалистов, работая с радиацией, получили радиационные ожоги от больших доз облучения и умерли от злокачественных опухолей, вызванных переоблучением.

Тем не менее, сегодня мировая наука знает 6 биологическом воздействии радиации больше, чем о действии любых других факторов физической и биологической природы в окружающей среде.

При изучении действия радиации на живой организм были определены следующие особенности:

· Действие ионизирующих излучений на организм не ощутимо человеком. У людей отсутствует орган чувств, который воспринимал бы ионизирующие излучения. Существует так называемый период мнимого благополучия -- инкубационный период проявления действия ионизирующего излучения. Продолжительность его сокращается при облучении в больших дозах.

· Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться.

· Излучение действует не только на данный живой организм, но и на его потомство -- это так называемый генетический эффект.

· Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению. При ежедневном воздействии дозы 0,002-0,005 Гр уже наступают изменения в крови.

· Не каждый организм в целом одинаково воспринимает облучение.

· Облучение зависит от частоты. Одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фракционированное.

1. ПРЯМОЕ И КОСВЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Радиоволны, световые волны, тепловая энергия солнца -- все это разновидности излучений. Однако, излучение будет ионизирующим, если оно способно разрывать химические связи молекул, из которых состоят ткани живого организма, и, как следствие, вызывать биологические изменения. Действие ионизирующего излучения происходит на атомном или молекулярном уровне, независимо от того, подвергаемся ли мы внешнему облучению, или получаем радиоактивные вещества с пищей и водой, что нарушает баланс биологических процессов в организме и приводит к неблагоприятным последствиям. Биологические эффекты влияния радиации на организм человека обусловлены взаимодействием энергии излучения с биологической тканью. Энергию непосредственно передаваемую атомам и молекулам биотканей называют прямым действием радиации. Некоторые клетки из-за неравномерности распределения энергии излучения будут значительно повреждены.

Одним из прямых эффектов является канцерогенез или развитие онкологических заболеваний. Раковая опухоль возникает, когда соматическая клетка выходит из под контроля организма и начинает активно делиться. Первопричиной этого являются нарушения в генетическом механизме, называемые мутациями. При делении раковая клетка производит только раковые клетки. Одним из наиболее чувствительных органов к воздействию радиации является щитовидная железа. Поэтому биоткань этого органа наиболее уязвима в плане развития рака. Не менее восприимчива к влиянию излучения кровь. Лейкоз или рак крови -- один из распространенных эффектов прямого воздействия радиации. Зар я женные частицы проникают в ткани организма, теряют свою энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами атомов Эле к трическое взаимодействие сопровождает процесс ионизации (вырывание электрона из нейтрального атома)

Физико-химические изменения сопровождают возникновение в организме чрезвычайно опасных "свободных радикалов".

Кроме прямого ионизирующего облучения выделяют также косвенное или непрямое действие, связанное с радиолизом воды. При радиолизе возникают свободные радикалы - определенные атомы или группы атомов, обладающие высокой химической активностью. Основным признаком свободных радикалов являются избыточные или неспаренные электроны. Такие электроны легко смещаются со своих орбит и могут активно участвовать в химической реакции. Важно то, что весьма незначительные внешние изменения могут привести к значительным изменениям биохимических свойств клеток. К примеру, если обычная молекула кислорода захватит свободный электрон, то она превращается в высокоактивный свободный радикал -- с у пероксид. Кроме того, имеются и такие активные соединения, как перекись водорода, гидрооксил и атомарный кислород. Большая часть свободных радикалов нейтральна, но некоторые из них могут иметь положительный или отрицательный заряд.

Если число свободных радикалов мало, то организм имеет возможность их контролировать. Если же их становится слишком много, то нарушается работа защитных систем, жизнедеятельность отдельных функций организма. Повреждения, вызванные свободными радикалами, быстро увеличиваются по принципу цепной реакции. Попадая в клетки, они нарушают баланс кальция и кодирование генетической информации. Такие явления могут привести к сбоям в синтезе белков, что является жизненно важной функцией всего организма, т.к. неполноценные белки нарушают работу иммунной системы. Основные фильтры иммунной системы -- лимфатические узлы работают в перенапряженном режиме и не успевают их отделять. Таким образом, ослабляются защитные барьеры и в организме создаются благоприятные условия для размножения вирусов микробов и раковых клеток.

Свободные радикалы, вызывающие химические реакции, вовлекают в этот процесс многие молекулы, не затронутые излучением. Поэтому производимый излучением эффект обусловлен не только количеством поглощенной энергии, а и той формой, в которой эта энергия передается. Никакой другой вид энергии, поглощенный биообъектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывает ионизирующее излучение. Однако природа этого явления такова, что все процессы, в том числе и биологические, уравновешиваются. Химические изм е нения возникают в результате взаимодействия свободных радикалов друг с другом или со "здоровыми" молекулами Биохимические изменения происходят как в момент облучения, так и на протяж е нии многих лет, что приводит к гибели клеток.

Наш организм в противовес описанным выше процессам вырабатывает особые вещества, которые являются своего рода "чистильщиками".

Эти вещества (ферменты) в организме способны захватывать свободные электроны, не превращаясь при этом в свободные радикалы. В нормальном состоянии в организме поддерживается баланс между появлением свободных радикалов и ферментами. Ионизирующее излучение нарушает это равновесие, стимулирует процессы роста свободных радикалов и приводит к негативным последствиям. Активизировать процессы поглощения свободных радикалов можно, включив в рацион питания антиокислители, витамины А, Е, С или препараты, содержащие селен. Эти вещества обезвреживают свободные радикалы, поглощая их в больших количествах.

2. ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОТДЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫ И ОРГАНИЗМ В ЦЕЛОМ

В структуре организма можно выделить два класса систем: управляющую (нервная, эндокринная, иммунная) и жизнеобеспечивающую (дыхательная, сердечно-сосудистая, пищеварительная). Все основные обменные (метаболические) процессы и каталитические (ферментативные) реакции происходят на клеточном и молекулярном уровнях. Уровни организации организма функционируют в тесном взаимодействии и взаимовлиянии со стороны управляющих систем. Большинство естественных факторов воздействуют сначала на вышестоящие уровни, затем через определенные органы и ткани -- на клеточно-молекулярные уровни. После этого начинается ответная фаза, сопровождающаяся коррективами на всех уровнях.

Взаимодействие радиации с организмом начинается с молекулярного уровня. Прямое воздействие ионизирующего излучения, поэтому является более специфичным. Повышение уровня окислителей характерно и для других воздействий. Известно, что различные симптомы (температура, головная боль и др.) встречаются при многих болезнях и причины их различны. Это затрудняет установление диагноза. Поэтому, если в результате вредного воздействия на организм радиации не возникает определенной болезни, установить причину более отдаленных последствий трудно, поскольку они теряют свою специфичность.

Радиочувствительность различных тканей организма зависит от биосинтетических процессов и связанной с ними ферментативной активностью. Поэтому наиболее высокой радиопора-жаемостью отличаются клетки костного мозга, лимфатических узлов, половые клетки. Кровеносная система и красный костный мозг наиболее уязвимы при облучении и теряют способность нормально функционировать уже при дозах 0,5-1 Гр. Однако, они обладают способностью восстанавливаться и если не все клетки поражены, кровеносная система может восстановить свои функции. Репродуктивные органы, например, семенники, так же отличаются повышенной радиочувствительностью. Облучение свыше 2 Гр приводит к постоянной стерильности. Только через много лет они могут полноценно функционировать. Яичники менее чувствительны, по крайней мере, у взрослых женщин. Но однократная доза более 3 Гр все же приводит к их стерильности, хотя большие дозы при неоднократном облучении не сказываются на способности к деторождению.

Очень восприимчив к излучению хрусталик глаза. Погибая, клетки хрусталика становятся непрозрачными, разрастаясь, приводят к катаракте, а затем и к полной слепоте. Это может произойти при дозах около 2 Гр.

Радиочувствительность организма зависит от его возраста. Небольшие дозы при облучении детей могут замедлить или вовсе остановить у них рост костей. Чем меньше возраст ребенка, тем сильнее подавляется рост скелета. Облучение мозга ребенка может вызвать изменения в его характере, привести к потере памяти. Кости и мозг взрослого человека способны выдержать гораздо большие дозы. Относительно большие дозы способны выдерживать большинство органов. Почки выдерживают дозу около 20 Гр, полученную в течение месяца, печень -- около 40 Гр, мочевой пузырь -- 50 Гр, а зрелая хрящевая ткань -- до 70 Гр. Чем моложе организм, тем при прочих равных условиях, он более чувствителен к воздействию радиации.

Видовая радиочувствительность возрастает по мере усложнения организма. Это объясняется тем, что в сложных организмах больше слабых звеньев, вызывающих цепные реакции выживания. Этому способствуют и более сложные системы управления (нервная, иммунная), которые частично или полностью отсутствуют в более примитивных особях. Для микроорганизмов дозы, вызывающие 50% смертности, составляют тысячи Гр, для птиц -- десятки, а для высокоорганизованных млекопитающих -- единицы (рис. 2.15).

3. МУТАЦИИ

Каждая клетка организма содержит молекулу ДНК, которая несет информацию для правильного воспроизведения новых клеток.

ДНК -- это дезоксирибонуклеиновая кислота, состоящая из длинных, закругленных молекул в виде двойной спирали. Функция ее заключается в обеспечении синтеза большинства белковых молекул из которых состоят аминокислоты. Цепочка молекулы ДНК состоит из отдельных участков, которые кодируются специальными белками, образуя так называемый ген человека.

Радиация может либо убить клетку, либо исказить информацию в ДНК так, что со временем появятся дефектные клетки. Изменение генетического кода клетки называют мутацией. Если мутация происходит в яйцеклетке спермы, последствия могут быть ощутимы и в далеком будущем, т.к. при оплодотворении образуются 23 пары хромосом, каждая из которых состоит из сложного вещества, называемого дезоксирибонуклииновой кислотой. Поэтому мутация, возникающая в половой клетке, называется генетической мутацией и может передаваться последующим поколениям.

По мнению Э. Дж. Холла, такие нарушения можно отнести к двум основным типам: хромосомные аберрации, включающие изменение числа или структуры хромосом, и мутации в самих генах. Генные мутации подразделяются далее на доминантные (которые проявляются сразу в первом поколении) и рецессивные (которые могут проявиться в том случае, если у обоих родителей мутантным является один и тот же ген). Такие мутации могут не проявиться на протяжении многих поколений или не обнаружиться вообще. Мутация в самотической клетке будет оказывать влияние только на сам индивид. Вызванные радиацией мутации не отличаются от естественных, однако при этом увеличивается сфера вредного воздействия.

Описанные рассуждения основаны лишь на лабораторных исследованиях животных. Прямых доказательств радиационных мутаций у человека пока нет, т.к. полное выявление всех наследственных дефектов происходит лишь на протяжении многих поколений.

Однако, как подчеркивает Джон Гофман, недооценка роли хромосомных нарушений, основанная на утверждении "их значение нам неизвестно", является классическим примером решений, принимаемых невежеством. Допустимые дозы облучения были установлены еще задолго до появления методов, позволяющих установить те печальные последствия, к которым они могут привести ничего не подозревающих людей и их потомков.

4. ДЕЙСТВИЕ БОЛЬШИХ ДОЗ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

Живой организм очень чувствителен к действию ионизирующей радиации. Чем выше на эволюционной лестнице стоит живой организм, тем он более радиочувствителен. Радиочувствительность -- многосторонняя характеристика. "Выживаемость" клетки после облучения зависит одновременно от ряда причин: от объема генетического материала, активности энергообеспечивающих систем, соотношения ферментов, интенсивности образования свободных радикалов Н и ОН.

При облучении сложных биологических организмов следует учитывать процессы, происходящие на уровне взаимосвязи органов и тканей. Радиочувствительность у различных организмов варьируется довольно широко (рис. 2.16).

Организм человека, как совершенная природная система, еще более чувствителен к радиации. Если человек перенес общее облучение дозой 100-200 рад, то у него спустя несколько дней появятся признаки лучевой болезни в легкой форме. Ее признаком может служить уменьшение числа белых кровяных клеток, которое устанавливается при анализе крови. Субъективным показателем для человека является возможная рвота в первые сутки после облучения.

Средняя степень тяжести лучевой болезни наблюдается у лиц, подвергшихся воздействию излучения в 250-400 рад. У них резко снижается содержание лейкоцитов (белых кровяных клеток) в крови, наблюдается тошнота и рвота, появляются подкожные кровоизлияния. Летальный исход наблюдается у 20% облученных спустя 2-6 недель после облучения.

При облучении дозой 400-600 рад развивается тяжелая форма лучевой болезни. Появляются многочисленные подкожные кровотечения, количество лейкоцитов в крови значительно уменьшается. Летальный исход болезни 50% .

Очень тяжелая форма лучевой болезни возникает при облучении дозой выше 600 рад. Лейкоциты в крови полностью исчезают. Смерть наступает в 100% случаев.

Описанные выше последствия радиационного облучения характерны для случаев, когда медпомощь отсутствует.

Для лечения облученного организма современная медицина широко применяет такие методы, как кровезамещение, пересадка костного мозга, введение антибиотиков, а также другие методы интенсивной терапии. При таком лечении возможно исключить смертельный исход даже при облучении дозой до 1000 рад. Энергия, излучаемая радиоактивными веществами, поглощается окружающей средой, в том числе и биологическими объектами. В результате воздействия ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биохимические процессы.

Ионизирующее воздействие нарушает в первую очередь нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ. В зависимости от величины поглощенной дозы излучения и индивидуальных особенностей организма вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми. При небольших дозах пораженная ткань восстанавливает свою функциональную деятельность. Большие дозы при длительном воздействии могут вызвать необратимое поражение отдельных органов или всего организма. Любой вид ионизирующих излучений вызывает биологические изменения в организме как при внешнем (источник находится вне организма), так и при внутреннем облучении (радиоактивные вещества попадают внутрь организма, например, с пищей или ингаляционным путем). Рассмотрим действие ионизирующего излучения, когда источник облучения находится вне организма.

Биологических эффект ионизирующего излучения в данном случае зависит от суммарной дозы и времени воздействия излучения, его вида, размеров облучаемой поверхности и индивидуальных особенностей организма. При однократном облучении всего тела человека возможны биологические нарушения в зависимости от суммарной поглощенной дозы излучения.

При облучении дозами, в 100-1000 раз превышающими смертельную дозу, человек может погибнуть во время облучения. Причем, поглощенная доза излучения, вызывающая поражение отдельных частей тела, превышает смертельную поглощенную дозу облучения всего тела. Смертельные поглощенные дозы для отдельных частей тела следующие: голова -- 20 Гр, нижняя часть живота -- 30 Гр, верхняя часть живота -- 50 Гр, грудная клетка -- 100 Гр, конечности -- 200 Гр.

Степень чувствительности различных тканей к облучению неодинакова. Если рассматривать ткани органов в порядке уменьшения их чувствительности к действию облучения, то получим следующую последовательность: лимфатическая ткань, лимфатические узлы, селезенка, зобная железа, костный мозг, зародышевые клетки. Большая чувствительность кроветворных органов к радиации лежит в основе определения характера лучевой болезни.

При однократном облучении всего тела человека поглощенной дозой 0,5 Гр через сутки после облучения может резко сократиться число лимфоцитов. Уменьшается также и количество эритроцитов (красных кровяных телец) по истечении двух недель после облучения. У здорового человека насчитывается порядка 10 4 красных кровяных телец, причем ежедневно вое-производится 10 .У больных лучевой болезнью такое соотношение нарушается и в результате организм погибает.

Важным фактором при воздействии ионизирующего излучения на организм является время облучения. С увеличением мощности дозы поражающее действие излучения возрастает. Чем более дробно излучение по времени, тем меньше его поражающее действие (рис. 2.17).

Внешнее облучение альфа-, а также бета-частицами менее опасно. Они имеют небольшой пробег в ткани и не достигают кроветворных и других внутренних органов. При внешнем облучении необходимо учитывать гамма- и нейтронное облучение, которые проникают в ткань на большую глубину и разрушают ее, о чем более подробно рассказывалось выше.

5. ДВА ВИДА ОБЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЗМА: ВНЕШНЕЕ И ВНУТРЕННЕЕ

Ионизирующее излучение может двумя способами оказывать воздействие на человека. Первый способ -- внешнее облучение от источника, расположенного вне организма, которое в основном зависит от радиационного фона местности на которой проживает человек или от других внешних факторов. Второй -- внутреннее облучение, обусловленное поступлением внутрь организма радиоактивного вещества, главным образом с продуктами питания.

Продукты питания, не соответствующие радиационным нормам, имеют повышенное содержание радионуклидов, инкорпорируются с пищей и становятся источником излучения непосредственно внутри организма.

Большую опасность представляют продукты питания и воздух, содержащие изотопы плутония и америция, которые обладают высокой альфа активностью. Плутоний, выпавший в результате Чернобыльской катастрофы, является самым опасным канцерогенным веществом. Альфа излучение имеет высокую степень ионизации и, следовательно, большую поражающую способность для биологических тканей.

Попадание плутония, а также америция через дыхательные пути в организм человека вызывает онкологию легочных заболеваний. Однако следует учесть, что отношение общего количества плутония и его эквивалентов америция, кюрия к общему количеству плутония, попавшего в организм ингаляционным путем незначительно. Как установил Беннетт, при анализе ядерных испытаний в атмосфере, на территории США соотношение выпадения и ингаляции равно 2,4 млн. к 1, то есть подавляющее большинство альфа-содержащих радионуклидов от испытаний ядерного оружия ушли в землю не оказав влияния на человека. В выбросах Чернобыльского следа наблюдались также частицы ядерного топлива, так называемые горячие частицы размером около 0,1 микрона. Эти частицы также могут проникать ингаляционным путем в легкие и представлять серьезную опасность.

Внешнее и внутреннее облучения требуют различные меры предосторожности, которые должны быть приняты против опасного действия радиации.

Внешнее облучение в основном создается гамма содержащими радионуклидами, а также рентгеновским излучением. Его поражающая способность зависит от:

а) энергии излучения;

б) продолжительности действия излучения;

в) расстояния от источника излучения до объекта;

г) защитных мероприятий.

Между продолжительностью времени облучения и поглощенной дозой существует линейная зависимость, а влияние расстояния на результат радиационного воздействия имеет квадратичную зависимость.

Для защитных мероприятий от внешнего облучения используются в основном свинцовые и бетонные защитные экраны на пути излучения. Эффективность применения материала в качестве экрана для защиты от проникновения рентгеновских или гамма-лучей зависит от плотности материала, а также от концентрации содержащихся в нем электронов.

Если от внешнего облучения можно защититься специальными экранами или другими действиями, то с внутренним облучением это сделать не представляется возможным.

Различают три возможных пути, по которым радионуклиды способны попасть внутрь организма:

а) с пищей;

б) через дыхательные пути с воздухом;

в) через повреждения на коже.

Следует отметить, что радиоактивные элементы плутоний и америций проникают в организм в основном с пищей или при дыхании и очень редко через повреждения кожи.

Как отмечает Дж. Холл, органы человека реагируют на поступившие в организм вещества исходя исключительно из химической природы последних, вне зависимости от того, являются они радиоактивными или нет. Химические элементы такие как натрий и калий, входят в состав всех клеток организма. Следовательно, их радиоактивная форма, введенная в организм, будет также распределена по всему организму. Другие химические элементы имеют склонность накапливаться в отдельных органах, как это происходит с радиоактивным йодом в щитовидной железе или кальцием в костной ткани.

Проникновение радиоактивных веществ с пищей внутрь организма существенно зависит от их химического взаимодействия. Установлено, что хлорированная вода увеличивает растворимость плутония, и как следствие инкорпорацию его во внутренние органы.

После того, как радиоактивное вещество попало в организм, следует учитывать величину энергии и вид излучения, физический и биологический период полураспада радионуклида. Биол о гическим периодом полувыведения называют время, которое необходимо для выведения из организма половины радиоактивного вещества. Некоторые радионуклиды выводятся из организма быстро, и поэтому не успевают нанести большого вреда, в то время как другие сохраняются в организме в течение значительного времени.

Период полувыведения радионуклидов, существенно зависит от физического состояния человека, его возраста и других факторов. Сочетание физического периода полураспада с биологическим, называется эффективным периодом полураспада --наиболее важным в определении суммарной величины излучения. Орган, наиболее подверженный действию радиоактивного вещества называют критическим. Для различных критических органов разработаны нормативы, определяющие допустимое содержание каждого радиоактивного элемента. На основании этих данных созданы документы, регламентирующие допустимые концентрации радиоактивных веществ в атмосферном воздухе, питьевой воде, продуктах питания. В Беларуси в связи с аварией на ЧАЭС действуют Республиканские допустимые уровни содержания радионуклидов цезия и стронция в пищевых продуктах и питьевой воде (РДУ-92). В Гомельской области введены по некоторым пищевым продуктам питания, например детского, более жесткие нормативы. С учетом всех вышеперечисленных факторов и нормативов, подчеркнем, что средн е годовая эффективная эквивалентная доза облучения человека не должна превышать 1 мЗв в год.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Савенко В.С. Радиоэкология. -- Мн.: Дизайн ПРО, 1997.

2. М.М. Ткаченко, “Радіологія (променева діагностика та променева терапія)”

3. А.В. ШУМАКОВ Краткое пособие по радиационной медицине Луганск -2006

4. Бекман И.Н. Лекции по ядерной медицине

5. Л.Д. Линденбратен, Л.Б. Наумов Медицинская рентгенология. М. Медицина 1984

6. П.Д. Хазов, М.Ю. Петрова. Основы медицинской радиологии. Рязань,2005

7. П.Д. Хазов. Лучевая диагностика. Цикл лекций. Рязань. 2006

Биологическое действие радиации на человека заключается в ионизации клеток тканей его тела и появлении лучевой болезни. Течение болезни будет зависеть от многих факторов: от площади поражения, от дозы ионизирующей радиации, от времени, на протяжении которого эта доза получена.

Ионизирующая радиация

Когда частицы высокой энергии, или фотоны, проходят через вещество, они образуют на своем пути пары заряженных частиц, которые называют ионами. Поэтому опасной считают именно ионизирующую радиацию. Биологическое действие радиации в большей мере сказывается на живой материи. Живая ткань - это клетки, которые постоянно обновляются, это динамический процесс. И для него ионизирующее облучение оказывается болезненным вдвойне.

Отчасти радиационное поражение связывают с механическим поражением молекулярных структур, например, хромосом. Отчасти - с химическими процессами, происходящими с высвободившимися радикалами. Поскольку человек на 75% состоит из воды, то первыми радиационное излучение поглощают именно клетки воды, образовывая типа ОН, НО2, Н. В последующем происходят цепные реакции окисления этими радикалами молекул белков. Дальше появляются функциональные изменения в биологических закономерностях жизни клеток.

В клетках происходят следующие изменения:

повреждается механизм деления и хромосомный аппарат поврежденной клетки;
блокируется процесс обновления и дифференцирования клеток;
блокируется процесс пролиферации и регенерации тканей.

Больше всего биологическое действие радиации сказывается на постоянно обновляющихся клетках костного мозга, селезенки, половых желез и т.д.

Острая лучевая болезнь

Очень высокая доза ионизирующей радиации (больше 600 рад) приводит к быстрой гибели человека (если не проводится никакого лечения). При дозе 400-600 рад погибает около 50% людей. Начинается острая лучевая болезнь, при которой разрушается и гибнет кроветворная система и перестает работать защитная система организма.

Первая неделя острой лучевой болезни протекает бессимптомно - это так называемый скрытый период болезни. Потом наступает дает сбой иммунитет, начинают обостряться все хронические заболевания и появляются новые инфекции. Примерно к четвертой неделе развивается малокровие, кровь перестает сворачиваться, увеличивается риск кровотечений.

Сегодняшний уровень медицины позволяет спасать людей, получивших дозу до 1000 рад. Раньше биологическое воздействие радиации в таком количестве не поддавалось лечению. Лучевая болезнь - это крайняя степень поражения. Меньшие дозы могут вызывать лейкозы и различные злокачественные опухоли.

Источники радиации и виды облучения

Человек может получить опасную дозу излучения от проходящего радиационного облака или от загрязненной поверхности зданий, сооружений, земли. Это называют внешним облучением. Внутреннее облучение возникает, когда человек вдыхает зараженные аэрозоли (ингаляционная опасность) или потребляет загрязненные продукты питания и воду. Радиоактивные вещества могут попадать на кожу и одежду. Такое облучение называют контактным.

Биологическое действие радиации может вызвать следующие эффекты:

Соматико-стохастические. Они трудно обнаруживаются и могут никак не проявляться в течение десятков лет.
Соматические. Сказываются только на облученном человеке, на потомство не влияют.
Генетические. Нарушаются половые клеточные структуры облученных людей, что повлияет на потомство, которое появляется с врожденными уродствами и мутациями.

Степень облучения зависит не только от дозы, но и от времени воздействия 300 рад, полученная в течение нескольких месяцев, к болезни не приведет, а за один раз может привести к тяжелым последствиям. Острая лучевая болезнь может развиться при полученной разовой дозе 100 рад.

Реферат

Тема: БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ

План:

Введение

1 Прямое и косвенное действие ионизирующего излучения

2 Воздействие ионизирующего излучения на отдельные органы и организм в целом

3 Мутации

4 Действие больших доз ионизирующих излучений на биологические объекты

5. Два вида облучения организма: внешнее и внутреннее

Заключение

Литература

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ

Фактор радиации присутствовал на нашей планете с момента ее образования, и как показали дальнейшие исследования, ионизирующие излучения наряду с другими явлениями физической, химической и биологической природы сопровождали развитие жизни на Земле. Однако, физическое действие радиации начало изучаться только в конце XIX столетия, а ее биологические эффекты на живые организмы - в середине XX. Ионизационные излучения относятся к тем физическим феноменам, которые не ощущаются нашими органами чувств, сотни специалистов, работая с радиацией, получили радиационные ожоги от больших доз облучения и умерли от злокачественных опухолей, вызванных переоблучением.

При изучении действия радиации на живой организм были определены следующие особенности:

· Действие ионизирующих излучений на организм не ощутимо человеком. У людей отсутствует орган чувств, который воспринимал бы ионизирующие излучения. Существует так называемый период мнимого благополучия - инкубационный период проявления действия ионизирующего излучения. Продолжительность его сокращается при облучении в больших дозах.

· Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться.

· Излучение действует не только на данный живой организм, но и на его потомство - это так называемый генетический эффект.

· Не каждый организм в целом одинаково воспринимает облучение.

1. ПРЯМОЕ И КОСВЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Радиоволны, световые волны, тепловая энергия солнца - все это разновидности излучений. Однако, излучение будет ионизирующим, если оно способно разрывать химические связи молекул, из которых состоят ткани живого организма, и, как следствие, вызывать биологические изменения. Действие ионизирующего излучения происходит на атомном или молекулярном уровне, независимо от того, подвергаемся ли мы внешнему облучению, или получаем радиоактивные вещества с пищей и водой, что нарушает баланс биологических процессов в организме и приводит к неблагоприятным последствиям. Биологические эффекты влияния" радиации на организм человека обусловлены взаимодействием энергии излучения с биологической тканью. Энергию непосредственно передаваемую атомам и молекулам биотканей называют прямым действием радиации. Некоторые клетки из-за неравномерности распределения энергии излучения будут значительно повреждены.

Одним из прямых эффектов является канцерогенез или развитие онкологических заболеваний. Раковая опухоль возникает, когда соматическая клетка выходит из под контроля организма и начинает активно делиться. Первопричиной этого являются нарушения в генетическом механизме, называемые мутациями. При делении раковая клетка производит только раковые клетки. Одним из наиболее чувствительных органов к воздействию радиации является щитовидная железа. Поэтому биоткань этого органа наиболее уязвима в плане развития рака. Не менее восприимчива к влиянию излучения кровь. Лейкоз или рак крови - один из распространенных эффектов прямого воздействия радиации. Заряженные частицы проникают в ткани организма, теряют свою энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами атомов Электрическое взаимодействие сопровождает процесс ионизации (вырывание электрона из нейтрального атома)

Кроме прямого ионизирующего облучения выделяют также косвенное или непрямое действие, связанное с радиолизом воды. При радиолизе возникают свободные радикалы - определенные атомы или группы атомов, обладающие высокой химической активностью. Основным признаком свободных радикалов являются избыточные или неспаренные электроны. Такие электроны легко смещаются со своих орбит и могут активно участвовать в химической реакции. Важно то, что весьма незначительные внешние изменения могут привести к значительным изменениям биохимических свойств клеток. К примеру, если обычная молекула кислорода захватит свободный электрон, то она превращается в высокоактивный свободный радикал - супероксид. Кроме того, имеются и такие активные соединения, как перекись водорода, гидрооксил и атомарный кислород. Большая часть свободных радикалов нейтральна, но некоторые из них могут иметь положительный или отрицательный заряд.

Если число свободных радикалов мало, то организм имеет возможность их контролировать. Если же их становится слишком много, то нарушается работа защитных систем, жизнедеятельность отдельных функций организма. Повреждения, вызванные свободными радикалами, быстро увеличиваются по принципу цепной реакции. Попадая в клетки, они нарушают баланс кальция и кодирование генетической информации. Такие явления могут привести к сбоям в синтезе белков, что является жизненно важной функцией всего организма, т.к. неполноценные белки нарушают работу иммунной системы. Основные фильтры иммунной системы - лимфатические узлы работают в перенапряженном режиме и не успевают их отделять. Таким образом, ослабляются защитные барьеры и в организме создаются благоприятные условия для размножения вирусов микробов и раковых клеток.

Свободные радикалы, вызывающие химические реакции, вовлекают в этот процесс многие молекулы, не затронутые излучением. Поэтому производимый излучением эффект обусловлен не только количеством поглощенной энергии, а и той формой, в которой эта энергия передается. Никакой другой вид энергии, поглощенный биообъектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывает ионизирующее излучение. Однако природа этого явления такова, что все процессы, в том числе и биологические, уравновешиваются. Химические изменения возникают в результате взаимодействия свободных радикалов друг с другом или со "здоровыми" молекулами Биохимические изменения происходят как в момент облучения, так и на протяжении многих лет, что приводит к гибели клеток.

2. ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОТДЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫ И ОРГАНИЗМ В ЦЕЛОМ

В структуре организма можно выделить два класса систем: управляющую (нервная, эндокринная, иммунная) и жизнеобеспечивающую (дыхательная, сердечно-сосудистая, пищеварительная). Все основные обменные (метаболические) процессы и каталитические (ферментативные) реакции происходят на клеточном и молекулярном уровнях. Уровни организации организма функционируют в тесном взаимодействии и взаимовлиянии со стороны управляющих систем. Большинство естественных факторов воздействуют сначала на вышестоящие уровни, затем через определенные органы и ткани - на клеточно-молекулярные уровни. После этого начинается ответная фаза, сопровождающаяся коррективами на всех уровнях.

Радиочувствительность организма зависит от его возраста. Небольшие дозы при облучении детей могут замедлить или вовсе остановить у них рост костей. Чем меньше возраст ребенка, тем сильнее подавляется рост скелета. Облучение мозга ребенка может вызвать изменения в его характере, привести к потере памяти. Кости и мозг взрослого человека способны выдержать гораздо большие дозы. Относительно большие дозы способны выдерживать большинство органов. Почки выдерживают дозу около 20 Гр, полученную в течение месяца, печень - около 40 Гр, мочевой пузырь - 50 Гр, а зрелая хрящевая ткань - до 70 Гр. Чем моложе организм, тем при прочих равных условиях, он более чувствителен к воздействию радиации.

Видовая радиочувствительность возрастает по мере усложнения организма. Это объясняется тем, что в сложных организмах больше слабых звеньев, вызывающих цепные реакции выживания. Этому способствуют и более сложные системы управления (нервная, иммунная), которые частично или полностью отсутствуют в более примитивных особях. Для микроорганизмов дозы, вызывающие 50% смертности, составляют тысячи Гр, для птиц - десятки, а для высокоорганизованных млекопитающих - единицы (рис. 2.15).

3. МУТАЦИИ

ДНК - это дезоксирибонуклеиновая кислота, состоящая из длинных, закругленных молекул в виде двойной спирали. Функция ее заключается в обеспечении синтеза большинства белковых молекул из которых состоят аминокислоты. Цепочка молекулы ДНК состоит из отдельных участков, которые кодируются специальными белками, образуя так называемый ген человека.

4. ДЕЙСТВИЕ БОЛЬШИХ ДОЗ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

Живой организм очень чувствителен к действию ионизирующей радиации. Чем выше на эволюционной лестнице стоит живой организм, тем он более радиочувствителен. Радиочувствительность - многосторонняя характеристика. "Выживаемость" клетки после облучения зависит одновременно от ряда причин: от объема генетического материала, активности энергообеспечивающих систем, соотношения ферментов, интенсивности образования свободных радикалов Н и ОН.

Описанные выше последствия радиационного облучения характерны для случаев, когда медпомощь отсутствует.

При облучении дозами, в 100-1000 раз превышающими смертельную дозу, человек может погибнуть во время облучения. Причем, поглощенная доза излучения, вызывающая поражение отдельных частей тела, превышает смертельную поглощенную дозу облучения всего тела. Смертельные поглощенные дозы для отдельных частей тела следующие: голова - 20 Гр, нижняя часть живота - 30 Гр, верхняя часть живота - 50 Гр, грудная клетка - 100 Гр, конечности - 200 Гр.

5. ДВА ВИДА ОБЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЗМА: ВНЕШНЕЕ И ВНУТРЕННЕЕ

Ионизирующее излучение может двумя способами оказывать воздействие на человека. Первый способ - внешнее облучение от источника, расположенного вне организма, которое в основном зависит от радиационного фона местности на которой проживает человек или от других внешних факторов. Второй - внутреннее облучение, обусловленное поступлением внутрь организма радиоактивного вещества, главным образом с продуктами питания.

а) энергии излучения;

б) продолжительности действия излучения;

в) расстояния от источника излучения до объекта;

г) защитных мероприятий.

Различают три возможных пути, по которым радионуклиды способны попасть внутрь организма:

а) с пищей;

б) через дыхательные пути с воздухом;

в) через повреждения на коже.

После того, как радиоактивное вещество попало в организм, следует учитывать величину энергии и вид излучения, физический и биологический период полураспада радионуклида. Биологическим периодом полувыведения называют время, которое необходимо для выведения из организма половины радиоактивного вещества. Некоторые радионуклиды выводятся из организма быстро, и поэтому не успевают нанести большого вреда, в то время как другие сохраняются в организме в течение значительного времени.

Период полувыведения радионуклидов, существенно зависит от физического состояния человека, его возраста и других факторов. Сочетание физического периода полураспада с биологическим, называется эффективным периодом полураспада - наиболее важным в определении суммарной величины излучения. Орган, наиболее подверженный действию радиоактивного вещества называют критическим. Для различных критических органов разработаны нормативы, определяющие допустимое содержание каждого радиоактивного элемента. На основании этих данных созданы документы, регламентирующие допустимые концентрации радиоактивных веществ в атмосферном воздухе, питьевой воде, продуктах питания. В Беларуси в связи с аварией на ЧАЭС действуют Республиканские допустимые уровни содержания радионуклидов цезия и стронция в пищевых продуктах и питьевой воде (РДУ-92). В Гомельской области введены по некоторым пищевым продуктам питания, например детского, более жесткие нормативы. С учетом всех вышеперечисленных факторов и нормативов, подчеркнем, что среднегодовая эффективная эквивалентная доза облучения человека не должна превышать 1 мЗв в год.

1. Савенко В.С. Радиоэкология. - Мн.: Дизайн ПРО, 1997.

2. М.М. Ткаченко, “Радіологія (променева діагностика та променева терапія)”

3. А.В. ШУМАКОВ Краткое пособие по радиационной медицине Луганск -2006

4. Бекман И.Н. Лекции по ядерной медицине

5. Л.Д. Линденбратен, Л.Б. Наумов Медицинская рентгенология. М. Медицина 1984

6. П.Д. Хазов, М.Ю. Петрова. Основы медицинской радиологии. Рязань,2005

7. П.Д. Хазов. Лучевая диагностика. Цикл лекций. Рязань. 2006

Ученые, изучающие влияние радиации на живые организмы, серьезно обеспокоены ее широким распространением. Как сказал один из исследователей, современное человечество купается в океане радиации. Невидимые глазу радиоактивные частицы обнаруживают в почве и воздухе, воде и пище, детских игрушках, нательных украшениях, строительных материалах, антикварных вещах. Самый безобидный на первый взгляд предмет может оказаться опасным для здоровья.

Наш организм также можно назвать в небольшой степени радиоактивным. В его тканях всегда содержатся необходимые ему химические элементы - калий, рубидий и их изотопы. В это сложно поверить, но каждую секунду в нас происходят тысячи радиоактивных распадов!

В чем суть радиации?

Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Их компоновка у некоторых элементов может быть, упрощенно говоря, не совсем удачной, из-за чего они становятся нестабильными. У таких ядер есть лишняя энергия, от которой они стремятся избавиться. Сделать это можно такими способами:

Выбрасываются маленькие «кусочки» из двух протонов и двух нейтронов (альфа-распад).
В ядре протон превращается в нейтрон, и наоборот. При этом выбрасываются бета-частицы, которые представляют собой электроны или их двойники с противоположным знаком - антиэлектроны.
Происходит выброс излишней энергии из ядра в виде электромагнитной волны (гамма-распад).

Кроме этого, ядро может излучать протоны, нейтроны и полностью разваливаться на куски. Таким образом, несмотря на тип и происхождение, любые виды радиации представляют собой высокоэнергетический поток частиц с огромной скоростью (десятки и сотни тысяч километров в секунду). Он очень пагубно действует на организм.

Последствия действия радиации на организм человека

В нашем организме непрерывно продолжаются два противоположных процесса - гибель и регенерация клеток. В нормальных условиях радиоактивные частицы повреждают в молекулах ДНК до 8 тысяч различных соединений за час, которые организм потом самостоятельно восстанавливает. Поэтому медики считают, что малые дозы радиации активизируют систему биологической защиты организма. Но большие - разрушают и убивают.

Так, лучевая болезнь начинается уже при получении 1-2 Зв, когда врачи фиксируют ее 1-ую степень. В этом случае необходимы наблюдения, регулярные последующие обследования на предмет онкологических заболеваний. Доза 2-4 Зв означает уже 2-ую степень лучевой болезни, при которой требуется лечение. Если помощь поступает вовремя, летального исхода не будет. Смертельной считается доза от 6 Зв, когда даже после пересадки костного мозга удается спасти лишь 10-ую часть больных.

Без дозиметра человек никогда не поймет, что подвергается воздействию опасного излучения. Поначалу тело никак на это не реагирует. Лишь через время может появиться тошнота, начинаются головные боли, слабость, поднимается температура.

При высоких дозах облучения радиация в первую очередь воздействует на кроветворную систему. В ней почти не остается лимфоцитов, от количества которых зависит уровень иммунитета. Вместе с этим растет число хромосомных поломок (дицентриков) в клетках.

В среднем, организм человека не должен подвергаться облучению, доза которого более 1 млЗв в год. При облучении в 17 Зв вероятность развития неизлечимого рака приближается к максимальному значению.

Подробнее о том, как радиация влияет на организм человека

Повреждение атомов клеток. Процесс воздействия радиации на организм называется облучением. Это крайне разрушительная сила, которая трансформирует клетки, деформирует их ДНК, приводит к мутациям и генетическим повреждениям. Деструктивный процесс может запустить всего одна частица радиации.

Действие ионизирующего излучения специалисты сравнивают со снежным комом. Начинается все с малого, затем процесс нарастает до тех пор, пока не наступят необратимые изменения. На атомарном уровне это происходит так. Радиоактивные частицы летят с огромной скоростью, выбивая при этом электроны из атомов. В результате последние приобретают положительный заряд. «Черное» дело радиации заключается только в этом. Но последствия таких преобразований бывают катастрофическими.

Свободный электрон и ионизированный атом вступают в сложные реакции, в результате которых образуются свободные радикалы. Например, вода (H 2 O), составляющая 80 % массы человека, под воздействием радиации распадается на два радикала - H и OH. Эти патологически активные частицы вступают в реакции с важными биологическими соединениями - молекулами ДНК, белков, ферментов, жиров. В результате в организме растет число поврежденных молекул и токсинов, страдает клеточный обмен. Через некоторое время пораженные клетки погибают или их функции серьезно нарушаются.

Что происходит с облученным организмом. Из-за повреждения ДНК и мутации генов клетка не может нормально делиться. Это самое опасное последствие радиационного облучения. При получении большой дозы количество пострадавших клеток настолько велико, что могут отказывать органы и системы. Тяжелее всего воспринимают радиацию ткани, в которых происходит активное деление клеток:

костный мозг;
легкие,
слизистая желудка,
кишечник,
половые органы.

Причем даже слаборадиоактивный предмет при длительном контакте наносит вред организму человека. Так, миной замедленного действия могут стать для вас любимый кулон или объектив фотоаппарата.

Огромная опасность влияния радиации на живые организмы состоит в том, что долгое время она никак себя не проявляет. «Враг» проникает через легкие, ЖКТ, кожу, а человек даже не подозревает об этом.

В зависимости от степени и характера облучения его результатом становятся:

острая лучевая болезнь;
нарушения работы ЦНС;
местные лучевые поражения (ожоги);
злокачественные новообразования;
лейкозы;
иммунные заболевания;
бесплодие;
мутации.

К сожалению, природа не предусмотрела для человека органов чувств, которые могли бы подавать ему сигналы об опасности при приближении к радиоактивному источнику. Защититься от такой «диверсии» без всегда присутствующего под рукой бытового дозиметра невозможно.

Как обезопасить себя от излишних доз радиации?

От внешних источников защититься проще. Альфа-частицы задержит обычный картонный лист. Бета-излучение не проникает сквозь стекло. «Прикрыть» от гамма-лучей сможет толстый свинцовый лист или бетонная стена.

Хуже всего обстоит дело с внутренним облучением, при котором источник находится внутри организма, попав туда, к примеру, после вдыхания радиоактивной пыли или ужина с «приправленными» цезием грибочками. В этом случае последствия облучения намного более серьезные.

Самая лучшая защита от бытового ионизирующего излучения - своевременное обнаружение его источников. В этом вам помогут бытовые дозиметры RADEX. С такими приборами под рукой жить гораздо спокойнее: в любой момент вы исследуете на радиационное загрязнение все что угодно.

Механизм биологического действия радиоактивных излучений сложен и до конца не изучен.

В начале 1940-х гг. исследования А. А. Дробкова, изучавшего рост клубеньковых бактерий вокруг источника радиоактивного излучения, показали как губительное, так и стимулирующее воздействие радиоактивного излучения одновременно. Все зависит от дозовой нагрузки излучения на бактерии.

Многочисленные исследования биологов, медиков, физиков позволили представить механизмы воздействия ионизирующего излучения и установить различие воздействия разных типов ионизирующих частиц на биологические объекты.

Повреждения могут происходить на разных уровнях биологической организации.

Радиочувствительность живых организмов значительно различается. Смертельная доза для бактерий составляет 10 4 Гр, для насекомых - 10 3 Гр, для млекопитающих - 10 Гр. Для сельскохозяйственных животных разовые дозы облучения 1,5-2 Гр могут приводить к возникновению лучевой болезни, дозы 0,1 Гр/год - к проявлению генетических эффектов. Для растений радиобиологические повреждения проявляются в следующем: на клеточном уровне в виде цитогенетических повреждений, оцениваемых по снижению митотической активности, увеличению числа хромосомных аберраций и изменению длительности митотического цикла клеток апикальной меристемы. В фитоценозе - это выпадение наиболее радиочувствительных видов растений, изменение числа растений и запасов фитомассы на единице площади, нарушение течения нормальных сукцессионных процессов и т. д. Необходимо отметить, что при воздействии на растения радиационных излучений в интервале невысоких доз (1-5 Гр для растений и 5-10 Гр для семян) происходит явление радиостимуляции, т. е. ускорение темпов роста и развития растений (Агроэкология, 2000).

Специфика радиационного поражения экосистем в зоне аварии на Чернобыльской АЭС проявлялась в следующем: хвойные леса пострадали при дозе облучения в 10 Гр/год (внешние проявления - «рыжий лес»), лиственные - при 30 Гр/год и агроэкосистемы - при 70 Гр/год (Алексахин, 1993).

Доза облучения человека определяется радиоэкологической характеристикой среды его обитания, потребляемых продуктов питания и воды. Максимальная доза излучения, не причиняющая вреда организму человека при многократном действии, равна 0,003 Гр в неделю, а при единовременном действии - 0,025 Гр.

Последствия радиационного воздействия на здоровье населения впервые детально были изучены в Японии после атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки. В результате проведенных исследований были сделаны следующие выводы (Ревич и др., 2004):

самое серьезное последствие (исходя из величины дозы на 1 млн жителей) - рак молочной железы у женщин;
наиболее частый вид нефатального рака - рак щитовидной железы;
общее число случаев возникновения рака, обусловленного облучением, у женщин на 50 % выше, чем у мужчин.

Исследованиями, проведенными в различных странах после аварии на Чернобыльской АЭС, было показано, что эффект облучения щитовидной железы радиоактивными изотопами йода в несколько раз превосходит эффекты облучения от внешнего источника излучения. На территории России в 1986 г. подверглось облучению радиоизотопами йода более 5 млн человек. Все эти люди имеют повышенную вероятность заболевания радиационно-индуцированным раком щитовидной железы. По расчетам В. К. Иванова, А. Ф. Цыба и др. (2004), только в Брянской области порядка 4000 человек имеют значение индивидуального атрибутивного (т. е. дополнительного) пожизненного риска более 99 %. Для других групп населения эта вероятность ниже.

Последствия радиационного загрязнения могут проявляться не только в возникновении дополнительных случаев заболевания раком щитовидной железы, но и в изменениях ее функции. В отдаленные сроки после воздействия ионизирующего излучения возможно развитие гипотиреоза и другой патологии. Наиболее выражены такие последствия радиационного воздействия (внутреннего облучения щитовидной железы радионуклидами йода) в Уральском регионе, где авария произошла более 50 лет тому назад.