Биологическое действие ионизирующего излучения

Первичные процессы при облучении биологической ткани имеют несколько стадий различной длительности: физическую (10^-13 с), физико-химическую (10^-10 с) и химическую (10^-6 с).

Физическая стадия сводится к поглощению энергии излучения в процессе ионизации и возбуждения атомов ткани, которые запускают сложную цепь реакций, приводящую, в конечном счете, к появлению биологического эффекта. На физико-химической стадии происходит перераспределение избыточной энергии возбужденных молекул, в результате чего появляются химически активные продукты - ионы, свободные радикалы, высокоактивные в химическом отношении. В течение химической стадии ионы и радикалы взаимодействуют друг с другом и с окружающими молекулами, образуя стойкие структурные повреждения молекул живой клетки.

Известно, что 75% общего состава ткани человека составляют вода: вода под действием излучения расщепляется на водород Н⁺ и гидроксильную группу ОН^-, которые либо непосредственно, либо через цепь вторичных превращений образуют продукты с высокой химической активностью - гидратный окисел НО₂ и перекись водорода Н₂О₂. Эти соединения взаимодействуют с молекулами органического вещества ткани, окисляя и разрушая ее.

В результате действия ионизирующего излучения нарушаются нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ в организме. В зависимости от поглощенной дозы излучения и от индивидуальных особенностей организма вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми. При небольшой дозе пораженная ткань восстанавливает свою функциональную деятельность. Большая доза при длительном воздействии может 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, пероральным или ингаляционным путем).

Действие ионизирующего излучения при внешнем облучении

Биологический эффект ионизирующего излучения зависит от суммарной эффективной дозы, от вида ионизирующего излучения, размеров облучаемой поверхности и индивидуальных особенностей организма.

Наружное облучение альфа-частицами не опасно. Их пробег в ткани невелик, так что они не достигают кроветворных и других внутренних органов. При внешнем облучении необходимо учитывать гамма - и нейтронное излучения, которые проникают в ткань на большую глубину и разрушают ее, а также бета-частицы и электроны высоких энергий и сопровождающее их тормозное рентгеновское излучение.

Степень поражения организма зависит от размера облучаемой поверхности, С уменьшением облучаемой поверхности уменьшается и биологический эффект. Так, при облучении фотонами эквивалентной дозой 5 Зв участка тела площадью 6 см² заметного поражения организма в целом не наблюдалось, а при действии излучения такой же эквивалентной дозой на все тело было 50 % смертельных случаев.

Индивидуальные особенности организма человека проявляются лишь при небольшой эквивалентной дозе. Чем человек моложе, тем выше его чувствительность к

облучению, особенно высока она у детей. Взрослый человек в возрасте 25 лет и старше наиболее устойчив к облучению.

Инертные радиоактивные газы (аргон, ксенон, криптон и др.), попавшие через легкие в кровь, не являются соединениями, входящими в состав ткани. Поэтому они со временем полностью удаляются из организма.

Лучевая болезнь

Лучевую болезнь подразделяют на острую и хроническую.

По степени тяжести острая лучевая болезнь разделяется на 3 группы в зависимости от дозы на все тело:

I – легкая (1-2 Зв),

II – средняя (2-4Зв),

III – тяжелая (4-6 Зв),

IV – крайне тяжелая (6 Зв и более).

Кроме того, при облучении всего тела особое значение имеют эффекты облучения отдельных органов. Эффекты могут проявляться в облученной коже (эритема, поражение сосудов и дермы, некроз), ротовой полости (воспаление и набухание, а затем изъязвление и некроз), коже головы (временная или постоянная эпиляция), в глазах (эритема кожи век, кератит, катаракта, эпиляция бровей и ресниц), легких (пневмония), гонадах (временная или постоянная стерилизация) и начинаются при превышении пороговых значений доз для каждого органа. Тяжесть того или иного эффекта зависит от величины дозы.

Облучения большими эквивалентными дозами также могут вызывать острые и хронические лучевые ожоги кожных покровов.

Хроническая лучевая болезнь формируется постепенно при длительном облучении дозами, значительно превышающими DL _max для профессионального облучения. Эта форма болезни может возникнуть как при общем облучении (внешнем или внутреннем) всего тела, так и при преимущественном поражении отдельных органов или систем организма. Период формирования хронической лучевой болезни совпадает со временем накопления дозы облучения. После снижения облучения до допустимого уровня или полного прекращения наступает период восстановления, а затем следует длительный период последствий хронической болезни.