Биологическое действие ионизирующих излучений - Биологическое действие ионизирующего излучения
Биологическое действие ионизирующих излучений - изменения, вызываемые в жизнедеятельности и структуре живых организмов при воздействии коротковолновых электромагнитных волн (рентгеновского излучения и гамма-излучения) или потоков заряженных частиц (альфа-частиц, бета-излучения, протонов) и нейтронов.
Исследования биологического действия ионизирующих излучений были начаты сразу после открытия рентгеновского излучения (1895) и радиоактивности (1896). В 1896 русский физиолог И. Р. Тарханов показал, что рентгеновское излучение, проходя через живые организмы, нарушает их жизнедеятельность. Особенно интенсивно стали развиваться исследования биологическое действие ионизирующих излучений с началом применения атомного оружия (1945), а затем и мирного использования атомной энергии.
Для биологического действия ионизирующих излучений характерен ряд общих закономерностей:
- 1) Глубокие нарушения жизнедеятельности вызываются ничтожно малыми количествами поглощаемой энергии. Так, энергия, поглощенная телом млекопитающего животного или человека при облучении смертельной дозой, при превращении в тепловую привела бы к нагреву тела всего на 0,001°С. Попытка объяснить "несоответствие" количества энергии результатам воздействия привела к созданию теории мишени, согласно которой лучевое повреждение развивается при попадании энергии в особенно радиочувствительную часть клетки -- "мишень". 2) Биологическое действие ионизирующих излучений не ограничивается подвергнутым облучению организмом, но может распространяться и на последующие поколения, что объясняется действием на наследственный аппарат организма. Именно эта особенность очень остро ставит перед человечеством вопросы изучения биологическое действие ионизирующих излучений и защиты организма от излучений. 3) Для биологического действия ионизирующих излучений характерен скрытый (латентный) период, т. е. развитие лучевого поражения наблюдается не сразу. Продолжительность латентного периода может варьировать от нескольких мин до десятков лет в зависимости от дозы облучения, радиочувствительности организма. Так, при облучении в очень больших дозах (десятки тыс. рад) можно вызвать "смерть под лучом", длительное же облучение в малых дозах ведет к изменению состояния нервной и других систем, к возникновению опухолей спустя годы после облучения.
Радиочувствительность разных видов организмов различна. Смерть половины облученных животных (при общем облучении) в течение 30 сут после облучения (летальная доза -- ЛД 50/30) вызывается следующими дозами рентгеновского излучения: морские свинки 250 р, собаки 335 р, обезьяны 600 р, мыши 550--650 р, караси (при 18°С) 1800 р, змеи 8000--20000 р. Более устойчивы одноклеточные организмы: дрожжи погибают при дозе 30000 р, амебы -- 100000 р, а инфузории выдерживают облучение в дозе 300000 р.
Радиочувствительность высших растений тоже различна: семена лилии полностью теряют всхожесть при дозе облучения 2000 р, на семена капусты не влияет доза в 64000 р.
Большое значение имеют также возраст, физиологическое состояние, интенсивность обменных процессов организма, а также условия облучения. При этом, помимо дозы облучения организма, играют роль: мощность, ритм и характер облучения (однократное, многократное, прерывистое, хроническое, внешнее, общее или частичное, внутреннее), его физические особенности, определяющие глубину проникновения энергии в организм (рентгеновское и гамма-излучение проникает на большую глубину, альфа-частицы до 40 мкм, бета-частицы -- на несколько мм), плотность вызываемой излучением ионизации (под влиянием альфа-частиц она больше, чем при действии других видов излучения). Все эти особенности воздействующего лучевого агента определяют относительную биологическую эффективность излучения. Если источником излучения служат попавшие в организм радиоактивные изотопы, то огромное значение для Б. д. и. и.. испускаемого этими изотопами, имеет их химическая характеристика, определяющая участие изотопа в обмене веществ, концентрацию в том или ином органе, а следовательно, и характер облучения организма.
Первичное действие радиации любого вида на любой биологический объект начинается с поглощения энергии излучения, что сопровождается возбуждением молекул и их ионизацией. При ионизации молекул воды (косвенное действие излучения) в присутствии кислорода возникают активные радикалы (ОН - и др.), гидратированные электроны, а также молекулы перекиси водорода, включающиеся затем в цепь химических реакций в клетке. При ионизации органических молекул (прямое действие излучения) возникают свободные радикалы, которые, включаясь в протекающие в организме химические реакции, нарушают течение обмена веществ и, вызывая появление несвойственных организму соединений, нарушают процессы жизнедеятельности. При облучении в дозе 1000 р в клетке средней величины (10-9Г) возникает около 1 млн. таких радикалов, каждый из которых в присутствии кислорода воздуха может дать начало цепным реакциям окисления, во много раз увеличивающим количество измененных молекул в клетке и вызывающим дальнейшее изменение надмолекулярных (субмикроскопических) структур. Выяснение большой роли свободного кислорода в цепных реакциях, ведущих к лучевому поражению, т. н. кислородного эффекта, способствовало разработке ряда эффективных радиозащитных веществ, вызывающих искусственную гипоксию в тканях организма. Большое значение имеет и миграция энергии по молекулам биополимеров, в результате которой поглощение энергии, происшедшее в любом месте макромолекулы, приводит к поражению ее активного центра(например, к инактивации белка-фермента). Физические и физико-химические процессы, лежащие в основе Б. д. и. и., т. е. поглощение энергии и ионизация молекул, занимают доли сек.
Последующие биохимические процессы лучевого повреждения развиваются медленнее. Образовавшиеся активные радикалы нарушают нормальные ферментативные процессы в клетке, что ведет к уменьшению количества богатых энергией (макроэргических) соединений. Особенно чувствителен к облучению синтез дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) в интенсивно делящихся клетках. Таким образом, в результате цепных реакций, возникающих при поглощении энергии излучения, изменяются многие компоненты клетки, в том числе макромолекулы (ДНК, ферменты и др.) и сравнительно малые молекулы (аденозинтрифосфорная кислота, коферменты и др.). Это приводит к нарушению ферментативных реакций, физиологических процессов и клеточных структур.
Воздействие ионизирующего излучения вызывает повреждение клеток. Наиболее важно нарушение клеточного деления -- митоза. При облучении в сравнительно малых дозах наблюдается временная остановка митоза. Большие дозы могут вызвать полное прекращение деления или гибель клеток. Нарушение нормального хода митоза сопровождается хромосомными перестройками, возникновением мутаций, ведущими к сдвигам в генетическом аппарате клетки, а следовательно, к изменению последующих клеточных поколений (цитогенетический эффект.) При облучении половых клеток многоклеточных организмов нарушение генетического аппарата ведет к изменению наследственных свойств развивающихся из них организмов. При облучении в больших дозах происходит набухание и пикноз ядра (уплотнение хроматина), затем структура ядра исчезает. В цитоплазме при облучении в дозах 10 000--20 000 р наблюдаются изменение вязкости, набухание протоплазматических структур, образование вакуолей, повышение проницаемости. Все это резко нарушает жизнедеятельность клетки.
Сравнительное изучение радиочувствительности ядра и цитоплазмы показало, что в большинстве случаев чувствительно к облучению ядро (например, облучение ядер сердечной мышцы тритона в дозе нескольких протонов на ядро вызвало типичные деструктивные изменения; доза в несколько тысяч раз большая не повредила цитоплазмы). Многочисленные данные показывают, что клетки наиболее радиочувствительны в период деления и дифференцировки: при облучении поражаются прежде всего растущие ткани. Это делает облучение наиболее опасным для детей и беременных женщин. На этом же основана и радиотерапия опухолей -- растущая ткань опухоли погибает при облучении в дозах, которые меньше повреждают окружающие нормальные ткани.
Возникающие в облучаемых клетках изменения ведут к нарушениям в тканях, органах и жизнедеятельности всего организма. Особенно выражена реакция тканей, в которых отдельные клетки живут сравнительно недолго. Это слизистая оболочка желудка и кишечника, которая после облучения воспаляется, покрывается язвами, что ведет к нарушению пищеварения и всасывания, а затем к истощению организма, отравлению его продуктами распада клеток (токсемия) и проникновению бактерий, живущих в кишечнике, в кровь (бактериемия). Сильно повреждается кроветворная система, что ведет к резкому уменьшению числа лейкоцитов в периферической крови и к снижению ее защитных свойств. Одновременно падает и выработка антител, что еще больше ослабляет защитные силы организма. (Уменьшение способности облученного организма вырабатывать антитела и тем самым противостоять внедрению чужеродного белка используется при пересадке органов и тканей -- перед операцией пациента облучают.) Уменьшается и количество эритроцитов, с чем связано нарушение дыхательной функции крови. Б. д. и. и. обусловливает нарушение половой функции и образования половых клеток вплоть до полного бесплодия (стерильности) облученных организмов. Важную роль в развитии лучевого поражения животных и человека играет нервная система. Так, у кроликов смертельный исход при облучении в дозе 1000 р часто определяется нарушениями в центральной нервной системе, вызывающими остановку сердечной деятельности и паралич дыхания.
Исследования биоэлектрических потенциалов мозга облученных животных и людей, подвергающихся лучевой терапии, показали, что нервная система раньше других систем организма реагирует на радиационное воздействие. Облучение собак в дозе 5--20 р и хроническое облучение в дозе 0,05 р при достижении дозы в 3 р ведет к изменению условных рефлексов. Большую роль в развитии лучевой болезни играют и нарушения деятельности желез внутренней секреции.
Для биологического воздействия ионизирующих излучений характерно последействие, которое может быть очень длительным, т. к. по окончании облучения цепь биохимических и физиологических реакций, начавшихся с поглощения энергии излучения, продолжается долгое время. К отдаленным последствиям облучения относятся изменения крови (уменьшение числа лейкоцитов и эритроцитов), нефросклероз, циррозы печени, изменения мышечных оболочек сосудов, раннее старение, появление опухолей. Эти процессы связаны с нарушением обмена веществ и нейроэндокринной системы, а также повреждением генетического аппарата клеток тела (соматические мутации).
Растения, по сравнению с животными, более радиоустойчивы. Облучение в небольших дозах может стимулировать жизнедеятельность растений -- прорастание семян, интенсивность роста корешков, накопление зеленой массы и др. Большие дозы (20 000--40 000 р)вызывают снижение выживаемости растений, появление уродств, мутаций, возникновение опухолей. Нарушения роста и развития растений при облучении в значительной степени связаны с изменениями обмена веществ и появлением первичных радиотоксинов, которые в малых количествах стимулируют жизнедеятельность, а в больших -- подавляют и нарушают ее. Так, промывка облученных семян в течение суток после облучения снижает угнетающий эффект на 50--70%.
Лучевое повреждение организма сопровождается одновременно текущим процессом восстановления, который связан с нормализацией обмена веществ и регенерацией клеток. Поэтому облучение дробное или с малой мощностью доз вызывает меньшее повреждение, чем массивное воздействие. Изучение процессов восстановления важно для поисков радиозащитных веществ, а также средств и методов защиты организма от излучений. В небольших дозах все обитатели Земли постоянно подвержены действию ионизирующего излучения -- космических лучей и радиоактивных изотопов, входящих в состав самих организмов и окружающей среды. Испытания атомного оружия и мирное применение атомной энергии повышают фон радиоактивный. Это делает изучение Б. д. и. и. и поиски защитных средств все более важными.
Б. д. и. и. пользуются в биологических исследованиях, в медицинской и с.-х. практике. На биологическом действие ионизирующих излучений основаны лучевая терапия, рентгенодиагностика, радиоизотопная терапия.
В сельском хозяйстве радиационные воздействия применяются с целью выведения новых форм растений, для предпосевной обработки семян, борьбы с вредителями (путем выведения и выпуска на поражаемые плантации обеспложенных облучением самцов), для лучевой консервации фруктов и овощей, предохранения продуктов растениеводства от вредителей (дозы, губительные для насекомых, безвредны для зерна) и др.
Похожие статьи
-
Ионизирующее излучение - Безопасность жизнедеятельности
План: 1) источники и виды ионизирующего излучения; 2) характеристики; 3) воздействие на организм человека и заболевания. Пусковой механизм - процессы...
-
ВЛИЯНИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ - Влияние электромагнитных излучений
Ионизирующее излучение -- это электромагнитное излучение, которое создается при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц...
-
Введение - Биологическое действие ионизирующего излучения
Воздействие ионизирующего излучения на живой организм представляет собой сложный и не изученный до конца процесс. Сравнительно недавно многие...
-
Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри около ста лет назад было открыто явление радиоактивности. Это открытие положило начало бурному развитию новых...
-
Биологическое действие излучений - Виды и средства защиты от радиационного излучения
Различают два вида эффекта воздействия на организм ионизирующих излучений: Соматический и генетический. При соматическом эффекте последствия проявляются...
-
Ионизирующее излучение -- это явление, связанное с радиоактивностью. Радиоактивность -- самопроизвольное превращение ядер атомов одних элементов в...
-
Промышленные предприятия являются мощными источниками энергетического загрязнения окружающей среды К энергетическим загрязнений окружающей среды относят...
-
Виды и средства ионизирующего излучения - Виды и средства защиты от радиационного излучения
Наиболее разнообразны по видам ионизирующих излучений так называемые радиоактивные излучения, образующиеся в результате самопроизвольного радиоактивного...
-
Рак щитовидной железы - Воздействие на организм человека ионизирующего излучения
Это наиболее часто встречающаяся злокачественная опухоль щитовидной железы. Развивается из узлового зоба и протекает без нарушения функции щитовидной...
-
Производственный шум - это хаотичное сочетание различных по частоте звуков, вызывающих неприятные ощущения и оказывающих вредное или раздражающее...
-
Радиочувствительность - Воздействие на организм человека ионизирующего излучения
Известно, что дозы излучения, приводящие к заболеванию или смерти различных организмов, различны. Т. е. можно сказать, что каждому биологическому виду...
-
1. Область применения 1.1. Нормы радиационной безопасности НРБ-99 (далее - Нормы) применяются для обеспечения безопасности человека во всех условиях...
-
Виды ионизирующих излучений - Биологическое действие ионизирующего излучения
Ионизирующие излучения -- это электромагнитные излучения, которые создаются при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц...
-
Биологическое действие химических веществ на организм человека - Вредные вещества и защита от них
Токсический химический отравление Биологическое действие химических веществ на организм человека изменяет его гомеостаз (относительное постоянство...
-
Постоянно локально действующие опасности: ионизирующее излучение - Основы ноксологии
Виды: 1. Корпускулярные: - альфа частицы - атомы гелия. Проникающая способность ткани 100 мкм, степень ионизации до 60 000 пар ионов при прохождении 1см...
-
Что нужно знать для определения возможных экспозиционных (полученных) доз излучения
Радиационная безопасность населения - состояние защищенности настоящего и будущего поколений людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего...
-
Влияние радиации на организм - Действие на организм человека высоких и малых доз радиации
Воздействие радиации на организм может быть различным, но почти всегда оно негативно. В малых дозах радиационное излучение может стать катализатором...
-
Альфа излучение - поток положительно заряженных частиц, образованная 2 протонами и 2 нейтронами. Частица идентична ядру атома гелия-4 (4He2+). Образуется...
-
1. Исключить опасность, исключить образование статического электричества или снизить его до безопасного уровня: - изготовление контактирующих частей из...
-
Дозы радиации - Виды и средства защиты от радиационного излучения
Домза излучемния -- величина, используемая для оценки степени воздействия ионизирующего излучения на любые вещества, живые организмы и их ткани....
-
Орган Допустимая доза Красный костный мозг 0,5-1 Гр. Хрусталик глаза 0,1-3 Гр. Почки 23 Гр. Печень 40 Гр. Мочевой пузырь 55 Гр. Зрелая хрящевая ткань >70...
-
Очаг бактериологического поражения - это города и другие населенные пункты, объекты народного хозяйства и территории, зараженные бактериологическими...
-
Естественные источники радиации Ионизирующие излучения, происхождение которых связано с естественными радионуклидами создают естественный (природный)...
-
Основные методы обнаружения и измерения ионизирующих излучений: фотографический, химический, сцинтилляционный и ионизационный. Фотографический метод...
-
Большинство ученых считают, что как кратковременное, так и длительное воздействие всех видов излучения от экрана монитора не опасно для здоровья...
-
Клеточные механизмы поражения излучениями - Професиональные заболевания
Острый эффект поражения может варьировать от выраженного некроза при больших дозах (>10 Гр), гибели пролиферирующих клеток при средних дозах (от 1 до 2...
-
Вредные вещества и их действие на человека - Влияние загрязнения окружающей среды на человека
Вредное вещество - это вещество, которое при контакте с организмом человека (в условиях производства или быта) может вызывать заболевания или отклонения...
-
Нормативные требования Электромагнитное излучение в офисе появляется от оргтехники. В офисе используется техника с защитным оборудованием от ЭМ...
-
Биологическое действие электромагнитных полей Экспериментальные данные как отечественных, так и зарубежных исследователей свидетельствуют о высокой...
-
К ним можно отнести влияние окружающей среды и наследственность. То что на нас очень сильно влияет окружающая среда, это всем известно. Но и ее...
-
1. Радиоактивность и закон радиоактивного распада - Биологическое действие ионизирующего излучения
Естественной радиоактивностью называется самопроизвольное превращение ядер неустойчивых изотопов одного химического элемента в ядра изотопов других...
-
Одной из составляющих человека является его нервная система. Достоверно известно, что заболевания нервной системы отрицательно сказываются на физическом...
-
Оружие массового поражения - это оружие большой поражающей способности, предназначенное для нанесения массовых потерь и разрушений. К оружию массового...
-
Доврачебная медицинская помощь - комплекс медицинских манипуляций, осуществляемых медицинским персоналом (медсестра, фельдшер) с использованием табельных...
-
В настоящее время предусматриваются следующие виды медицинской помощи: первая медицинская помощь, доврачебная помощь, первая врачебная помощь,...
-
Деятельность человека, направленная на преобразование природы, привела к созданию новых условий жизнедеятельности. Появление различных бытовых приборов,...
-
Введение, Действие электротока на организм человека - Влияние тока на организм
В данной работе были рассмотрены принципы и средства электрической защиты. В частности зануление. Также были включены в работу такие вопросы как: -...
-
Выводы - Воздействие на организм человека ионизирующего излучения
Приведенные примеры, отвечают на вопрос, поставленный в заглавии. Центральная нервная система человека является тонко реагирующим датчиком на различные...
-
Физиологические механизмы повреждающего действия вибрации на организм - Влияние вибрации на человека
Сроки развития периферических расстройств зависят не столько от уровня, сколько от дозы (эквивалентного уровня) вибрации в течение рабочей смены....
-
Ультрафиолетовое излучение - Професиональные заболевания
Солнечный свет содержит излучения с длиной волны от 200 до 4000 нм, включая ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное. Ультрафиолетовое излучение в...
Биологическое действие ионизирующих излучений - Биологическое действие ионизирующего излучения