Вплив радіонуклідів на організм людини
Характер і інтенсивність радіаційного ураження обумовлені видом випромінювання, його дозою і тривалістю опромінення.
Іонізуюче випромінювання і його вплив на живий організм. Життя на Землі починається з рівня клітин, які є найменшими структурами живого організму, здатними здійснювати основні життєві процеси - обмін речовин, самоорганізацію, самопроізводство і т. П. Саме клітини стають основною ареною дії іонізуючої радіації на живі системи.
Іонізуюче випромінювання отримало свою назву через здатність цього виду радіації викликати іонізацію атомів і молекул речовини, що опромінюється, при проходженні через яке іонізуюче випромінювання сприяє відриву електронів атомів і молекул. В результаті виникають іонні пари, що складаються з позитивно зарядженого залишку атома і молекули і негативно зарядженого електрона.
Що ж відбувається в тканинах організму? Жива тканина складається на 60-90% з води; тому природно, що при взаємодії іонізуючих випромінювань з тканинами організму значна частина енергії поглинається молекулами води. Через втрату електронів або їх захоплення виникають вільні радикали. Вони можуть взаємодіяти з будь-якої органічної молекулою тканини. В результаті такої взаємодії з молекулами кисню виникають перекісні радикали, які підсилюють радіаційне пошкодження клітин і тканин.
Прямий вплив променевого випромінювання характеризується пошкодженням біологічних молекул, порушенням внутрішньоклітинного обміну речовин і загибеллю клітин. Непряме дію променевого випромінювання на біологічні молекули здійснюється утворюються вільними радикалами і перекисних сполуками. Ці речовини, будучи сильними окислювачами, ушкоджують клітини. Деякі продукти деградації біологічних молекул, що відбувається під впливом сильних окислювачів і відновників, мають вираженими токсичними властивостями і посилюють нищівну силу іонізуючого випромінювання. В результаті пошкоджуються мембрани і ядра клітин, хромосомний апарат, відповідальний за генетичну інформацію. Добре відомо, що для життя клітин вирішальне значення мають білки і нуклеїнові кислоти. Саме вони в першу чергу стають жертвами іонізуючої радіації. В результаті відбувається порушення життєдіяльності, а потім і загибель клітин.
Однак організм не можна розглядати як просту суму кліток. Все набагато складніше. Тому і променеве ураження організму не є простим наслідком ураження клітин. В організмі клітини пов'язані між собою, залежать один від одного і внутрішнього середовища організму (крові, лімфи), знаходяться під контролем нервової і ендокринної систем регуляції життєдіяльності. Тому на ступінь і характер променевого ураження організму впливають такі фактори, як обсяг тканин, які зазнали впливу, характер їх кровопостачання, інтенсивність обмінних процесів і т. Д. Найбільш чутливі до іонізуючої радіації органи і тканини з інтенсивно діляться клітинами. До них в першу чергу відносяться органи системи кровотворення (кістковий мозок, селезінка, лімфатичні вузли), травлення (слизові оболонки відділу тонкого кишечника, шлунок) і статеві залози. У цих органах клітинам відпущено найменше часу на відновлення. Променеве ураження критичних (найбільш чутливих до іонізуючої радіації) органів зводиться до пошкодження та загибелі клітин цих органів. Ураження кісткового мозку тягне за собою різке зменшення кількості циркулюючих в крові лейкоцитів, що, в свою чергу, послаблює систему захисту організму від мікробів, сприяє розвитку інфекційних ускладнень. Зниження числа тромбоцитів в крові в поєднанні з згубним впливом променевого впливу на стінки кровоносних судин стає причиною підвищеної кровоточивості. Ураження слизової оболонки кишечника викликають порушення його функції (проноси) і всмоктування поживних речовин (схуднення), сприяють проникненню мікробів в кров (запальні процеси). Іонізуюча радіація викликає серйозні пошкодження складу крові і цілісності стінок кровоносних судин, внаслідок чого знижується кількість лейкоцитів, тромбоцитів і еритроцитів в крові. В результаті виникає недокрів'я, крововиливу в шкіру і слизові оболонки, кровотечі. Організм людини стає більш сприйнятливим до різних інфекційних захворювань.
Таким чином, іонізуюча радіація викликає променеве ураження всього живого, в т. Ч. Ссавців і людини. Ступінь і характер його обумовлені двома факторами - поглиненою дозою радіації і радиочувствительностью тканин, органів і систем, безпосередньо піддаються променевому впливу. Залежно від поєднання цих факторів променеве ураження може бути загальним (тотальним) або місцевими (локальними), розвиватися відразу після опромінення, невдовзі після нього або в більш віддалені терміни. Іонізуюча радіація має надзвичайно високу біологічну ефективністю, багаторазово перевищує силу дії інших випромінювань. Будь-який організм може бути убитий іонізуючим випромінюванням, будь-яка життєва функція може бути пригнічена. Разом з тим їх стійкість до іонізуючої радіації сильно різниться. Має значення і вік (зрілий - найбільш стійкий). Ці відмінності обумовлені особливостями структурної і функціональної організації, характером і інтенсивністю обміну речовин, клітинного розмноження і т. П. Чим вище і досконаліше організація, т. Е. Чим складніше жива система, тим легше її зруйнувати. Отже, з ускладненням організації стійкість організмів до іонізуючої радіації значно знижується. Рослини, як правило, більш стійкі до дії іонізуючої радіації, ніж тварини. Особливо це відноситься до повітряно-сухим насінням рослин, а також до деяких водоростей і грибів. Найбільш стійкі до дії іонізуючої радіації мікроорганізми. Радіостійкість тварин збільшується в умовах зниження температури і зменшення вмісту кисню в навколишньому середовищі.
Променева хвороба і її форми. Радіочутливість різних живих істот надзвичайно широко коливається. Хворобливі процеси, викликані іонізуючою радіацією, в залежності від ступеня ураження можуть проявлятися в гострій або хронічній формі променевої хвороби. Хронічні форми спостерігаються при тривалому опроміненні дозами, що перевищують гранично допустимі рівні. Одна з характерних особливостей променевої хвороби полягає в тому, що наслідки її проявляються через досить тривалий термін після променевого впливу (наприклад, у людей через 10-20 років і більше) в, здавалося б, повністю «видужали» організмі. До них відносяться: скорочення тривалості життя, високий відсоток хвороб крові (лейкози), онкологічних захворювань (злоякісні пухлини щитовидної залози, легень, молочної залози і шлунка), катаракти (помутніння кришталика ока), порушення функцій ендокринних залоз (зокрема, зниження плодючості, повна або тимчасова втрата відтворювальної здатності, розлади ембріонального розвитку). Опромінення організму вагітної жінки впливає на розвиток плода: можливі його внутрішньоутробна загибель, викидень, передчасні пологи, різноманітні каліцтва розвитку.
В аварійних ситуаціях відбувається переважний вплив іонізуючої радіації на окремі області або органи організму. При такому нерівномірному або частковому опроміненні клініка гострої променевої хвороби стає ще більш важкою і драматичною.
Хронічна променева хвороба розвивається при тривалому, щоденному, загальному опроміненні відносно малими дозами. Зміни складу крові мають хвилеподібний характер, причому довгий час зберігається можливість відновлення її клітинного складу. Одночасно з'являються порушення нервової, ендокринної та серцево-судинної систем. Після припинення опромінення дуже повільно йде процес відновлення.
Характерно, що в реакціях організму на опромінення малою дозою і гостре опромінення є істотні відмінності. Для першого характерно повільний розвиток хворобливих процесів з широкою індивідуальною радіочувствітельноетью, обумовлених включенням захисно-відновних механізмів, які можуть протягом тривалого часу забезпечувати нормальну життєдіяльність організму. Різні фактори зовнішнього середовища при цьому здатні прискорювати або уповільнювати розвиток хворобливих процесів. Опромінення може стати також «пусковим механізмом» загострення і прогресування наявних хронічних захворювань.
Механізми природного захисту організму від радіації
Що відбувається з радіонуклідами в організмі людини? Чи має він відповідними механізмами захисту? Не випадково багато вчених сформулювали уявлення про охорону внутрішнього середовища організму.
В організмі радіоактивні речовини розподіляються в залежності від їх фізико-хімічних властивостей і його функціонального стану. Наприклад, радіоактивний йод накопичується в щитовидній залозі, радіоактивний стронцій - в кістках, а радіоактивний цезій - в м'язах. При всмоктуванні з шлунково-кишкового тракту має значення коефіцієнт всмоктування, що характеризує частку радіоактивної речовини, що надходить з кишечника в кров. Всосавшиеся радіонукліди з'являються в крові і потім, відповідно до їх фізико-хімічними властивостями, розподіляються в організмі. Виділення радіонуклідів з організму відбувається через шлунково-кишковий тракт, нирки, дихальні шляхи, шкіру, а також молочні залози. Залежно від виділення одні радіонукліди виводяться швидко, інші повільно, причому в ряді тканин і органів утворюються «депо».
Уже говорилося, що в ході еволюції у людини, яка має контакт з речовинами, що входять до складу їжі, питної води і повітря, сформувалися системи обміну речовин і нейтралізації небезпечних сполук. Таким чином, організм людини спочатку володіє певними механізмами захисту, які до певної міри допомагають знешкодити впливу чужорідних речовин в т. Ч. Радіонуклідів. До таких механізмів відносяться:
сукупність процесів, за допомогою яких чужорідні речовини виводяться з організму з природничих шляхах виведення (жовч, кишечник, нирки, повітря, що видихається). Не випадково в першу чергу при отруєннях уражаються саме печінку, нирки і кишечник;
знешкоджуюча функція печінки;
трансформація чужорідних сполук (до недавнього часу вважали, що вона призводить до утворення сполук біологічно менш активних, ніж вихідні. Однак може скластися і протилежна ситуація, коли в результаті трансформації біологічна активність чужорідних сполук може збільшитися);
різні ферментні системи (деякі з них нейтралізують дію чужорідних речовин, руйнують їх, інші як би готують ці речовини до видалення з організму).
Майже всі чужорідні речовини добре розчинні в жирах і погано у воді, що ускладнює їх виведення з організму. Проте вони все ж виводяться з нього завдяки мембранної системі сполучених між собою цистерн і канальців, які пронизують всю клітку. Саме в цих клітинних утвореннях під впливом ферментів відбувається перетворення чужорідних речовин в водорозчинні. Особливого значення набувають великі можливості пристосування ферментних систем до якісно різному харчуванню. Більш того, фактори зовнішнього середовища (їжа, повітря, температура і ін.), В свою чергу, впливають на утворення ферментних спектрів всіх живих істот. Як зазначає академік А. Покровський, «нові ферментні системи можуть служити тими ключами, за допомогою яких в процесі еволюції світ живих істот відкриває двері в раніше недоступні комори природи». Отже, можливості ферментних систем організму в пристосуванні його до різних джерел живлення великі, однак при тривалому надмірному напруженні можлива їх поломка. Ми можемо спостерігати це у хворих і літніх людей, у яких можливості ферментного пристосування до їжі істотно знижені.
Як позначається присутність чужорідних речовин в організмі? Вони порушують структурну впорядкованість клітин, обмін речовин і функції різних органів, в т. Ч. Регулюючих систем. Однак і тут людський організм володіє цілою системою захисних пристосувальних механізмів, що забезпечують своєчасний ремонт пошкоджених радіацією клітин або усунення сильно змінених. По суті це система внутрішньоклітинного відновлення. Але перш ніж докладніше розглянути дію цього механізму, познайомимося з характеристикою двох особливо небезпечних для здоров'я радіонуклідів - стронцієм-90 і цезієм-137. Ці довгоживучі радіонукліди відрізняються істотно більшою тривалістю життя, ніж, наприклад, йод-131: періоди їхнього напіврозпаду становлять відповідно 28 і 33 роки. У результаті хорошою розчинності у воді вони досить інтенсивно накопичуються в водоймах, фіто- і зоопланктоне, на суші в рослинах. У подальшому вказані радіонукліди, просуваючись по харчових ланцюгах, надходять в організм тварин і людини, викликаючи ураження клітин, тканин і органів. Простежимо міграцію стронцію-90 і цезію-137 по харчових ланцюгах.