Воздействие излучений на организм человека - Анализ влияния излучений на организм человека

Источники ионизирующих излучений. Ионизирующие излучения (ионизирующая радиация) являются обычным экологическим фактором среды. Все источники, действующие на живые организмы, можно разделить на три группы: естественное (природное) излучение; излучение искусственных радионуклидов; излучение источников, применяемых в медицине, быту и профессиональной деятельности человека (рис. 6.37). Первые две группы источников ионизирующей радиации действуют на все живые организмы, а последняя касается только облучения человека.

Естественное излучение Всегда являлось обычной составной частью биосферы, абиотическим фактором, непрерывно действующим на организмы и образующим так называемый "естественный", или природный, радиоактивный фон (ПРФ). ПРФ формируется за счет космического излучения и излучения радионуклидов (РН), находящихся во внешней среде и внутри живых организмов (рис. 6.38).

Космическое излучение образуется галактическим излучением, приходящим из-за пределов Солнечной системы, и солнечным излучением. Галактическое является более мощным и играет основную роль в образовании дозы космического излучения на поверхности Земли. Солнечное излучение в основном задерживается и рассеивается в атмосфере. Суммарная интенсивность космического излучения зависит от географического положения объекта и возрастает с высотой над уровнем моря (рис. 6.39).

Радионуклиды, содержащиеся в земной коре, воде и атмосфере, определяют их естественную радиоактивность.

Насчитывается около 70 естественных радиоактивных изотопов и 25 химических элементов, которые делят на две категории: первичные -- изначально входящие в состав земной коры (226 Ra (радий), 222 Rn (радон), 210Ро(полоний), 210РЬ(свинец), 40К(калий) и т. д.)" и космогенные -- образующиеся в результате взаимодействия космического излучения с ядрами атомов элементов, входящих в состав атмосферы (3Н(тритий), 7Ве(бериллий), 22Ка(натрий), 14С(углерод), 32Р(фосфор), 86С1(хлор) и некоторые другие).

Искусственные радионуклиды Появляются в результате деятельности человека. Изотопы для применения в медицине и научных исследованиях получают на специальных установках (циклотронах и т. п.) в ходе ядерных реакций, осуществляемых путем облучения обычных элементов частицами высоких энергий. В результате этих реакций получены изотопы всех химических элементов и даже новые химические элементы. Основными источниками, вызывающими появление радионуклидов в окружающей среде, являются испытания ядерного оружия, аварии на предприятиях атомной энергетики и радиоактивные отходы ядерных технологий.

Во многих странах успешно работают более 400 ядерных реакторов АЭС, которые практически не загрязняют окружающую среду даже в непосредственной близости к ним. Считается, что проживание вблизи ТЭС опаснее для здоровья человека, чем проживание около АЭС. Исключение составляют аварийные ситуации. При нарушении технологических процессов на каждом этапе, от добычи урановой руды до утилизации и захоронение радиоактивных отходов, имеется определенная доля опасности попадания РН в окружающую среду. Наиболее крупными считаются аварии на Южном Урале (Кыштымская, 1957г.), в г. Уиндскейл (Великобритания, 1957 г.), на АЭС в "Три Майл -- Айленд" (США, 1979г.), Чернобыльской АЭС (1986г.) Авария на Чернобыльской АЭС является крупнейшей радиационной катастрофой. В результате взрыва на четвертом блоке станции были повреждены перекрытия, сорвана крыша со здания реактора, из открывшейся рабочей зоны реактора в атмосферу попало большое количество радиоактивных элементов. Около 70% радионуклидов, попавших в атмосферу, выпало на территории Беларуси (рис. 6.40).

К Искусственным источникам ионизирующих излучений Относятся источники, применяемые в медицине. Это в первую очередь рентгеновские лучи, используемые в диагностике многих заболеваний. В определенных ситуациях для диагностики используются и радиоизотопные методы. В этом случае в организм вводятся короткоживущие радиоактивные изотопы, с помощью которых проверяется функционирование органа или определяются места локализации и размеры опухолей. Аналогичный метод применяется и в терапии раковых заболеваний (химиотерапия). Для лечения злокачественных опухолей используется метод лучевой терапии (облучение опухолей специальными аппаратами, являющимися источниками ионизирующих излучений).

Внешнее и внутреннее облучение. Действие радиации на организм зависит от типа излучения (а, р, у), его энергии (мощности) и длительности воздействия. Тип и энергия излучения определяют его проникающую способность, а следовательно, и степень опасности (рис. 6.41). В зависимости от расположения относительно организма излучатели делятся на источники Внешнего И Внутреннего Облучения.

Альфа-частица способна "пробежать" в воздухе несколько сантиметров, задерживается, например, листом бумаги и соответственно будет остановлена на уровне одежды. Частицы данного вида излучения практически не способны пройти через наружный слой эпидермиса (отмершие клетки кожи) и как источник внешнего облучения не представляют опасности. Бета-излучение обладает чуть большей проникающей способностью, его частицы способны пробегать в воздухе несколько метров (даже десятки), а в биологические ткани проникают на глубину 1--2 см. Наибольшей проникающей способностью обладает гамма-излучение, которое в воздухе распространяется на сотни метров от источника. Максимально ослабить это излучение можно только с помощью бетона и свинца (материалов, отличающихся большой плотностью). Гамма-излучение является самым опасным при внешнем облучении.

Практически все естественные и искусственные радионуклиды могут попадать в живые организмы с воздухом, водой и элементами питания. В этом случае они становятся внутренними источниками облучения. Опасность радионуклидов, оказавшихся внутри организма, обусловлена рядом факторов. Во-первых, степень радиационного воздействия радионуклидов зависит от времени их пребывания в организме. Периоды полураспада и полувыведения многих радионуклидов достаточно продолжительны, из-за чего организм подвергается облучению практически на протяжении всей жизни. Во-вторых, для ряда радиоактивных элементов характерна высокая степень избирательного накопления в специализированных органах и тканях. Например, до 30% изотопов йода накапливается в щитовидной железе, составляющей всего 0,03% массы тела. Основная масса полония (210Ро) сосредоточена в тканях печени и почек. Таким образом, создаются сравнительно высокие дозы локального облучения. В-третьих, важной особенностью является увеличение опасности воздействия а - и ^-излучателей, которые из-за низкой проникающей способности не представляют опасности или малодейственны для внутренних тканей организма при внешнем облучении, но становятся сильнейшими источниками ионизирующей радиации при попадании внутрь организма.

Действие излучений на человека. Заболевания, вызываемые ионизирующими излучениями. Ионизирующие излучения обладают большой энергией, благодаря которой способны при взаимодействии с веществами ионизировать нейтральные атомы и молекулы. Это может привести к повреждению биологически значимых молекул, например ДНК, причем степень повреждения определяется дозовой нагрузкой.

Мелкие нарушения структуры ДНК (выпадение, замена одного или нескольких нуклеотидов) не приводят к заметным изменениям на клеточном уровне, однако если затрагиваются половые клетки, эти изменения могут передаваться потомкам, накапливаться в ряду поколений в виде рецессивных мутаций, увеличивая генетический груз популяции человека. Более крупные повреждения (хромосомные аберрации, слипание хромосом) могут привести к гибели клетки.

Клетка может погибнуть и в результате повреждения структуры цитоплазмы, что вызывает нарушение метаболизма клетки.

Реакция клетки на облучение зависит от фазы клеточного цикла (во время митоза вероятность повреждения больше). Наиболее подвержены действию радио активных излучений ткани, в состав которых входит большое количество делящихся клеток. Они образуют так называемые "критические системы" организма. Примером может служить система кроветворения, постоянно обновляющийся эпителий кишечника.

Более устойчивыми к действию излучения являются высоко специализированные клетки, например нервные. В зависимости от дозы облучения повреждению могут подвергаться все органы и системы органов человека.

Индивидуальная чувствительность человека зависит от множества факторов; в первую очередь -- от возраста. Сформировавшийся организм более устойчив к действию радиации, чем формирующийся (детский, юношеский).

При остром лучевом поражении, которое вызывается общим облучением организма в больших дозах (наблюдается при ядерных взрывах и в случае аварий на ядерных установках), биологические эффекты радиации -- гибель или различные формы лучевой болезни -- проявляются в течение нескольких часов или дней после облучения.

При дозах, превышающих 100 Зв (Зиверт -- единица эквивалентной дозы в системе СИ. 1 Зв соответствует поглощенной дозе 1 Дж/кг гамма-излучения), наступает мгновенная гибель (первые часы) из-за необратимого повреждения нервных клеток (церебральный синдром). Дозы 50--100 Зв приводят к смертельному исходу на 5--6-е сутки после облучения. Кишечная форма лучевого поражения (желудочно-кишечный синдром) наблюдается в диапазоне 10--50 Зв и приводит к гибели на 10--14-й день. Типичная форма лучевой болезни развивается при дозе 1--10 Зв. Причем, если не принять медицинских мер, доза 3--5 Зв приводит к смерти 50% облученных людей в течение 30 дней. Облученных больных помещают в стерильные условия, делают переливание крови, для восстановления системы кроветворения выполняют пересадку костного мозга. Все это сопровождается введением общеукрепляющих и противовоспалительных средств.

Типичными отдаленными последствиями перенесенной лучевой болезни являются астения (повышенная утомляемость), катаракта, повышенная восприимчивость к инфекционным заболеваниям за счет снижение иммунитета.

Радиоактивное облучение достоверно повышает риск возникновения рака, генетических повреждений и сокращает продолжительность жизни.

Первую позицию в группе раковых заболеваний, вызванных облучением, занимают лейкозы, пик которых, в зависимости от возраста, приходится на период от 5 до 25 лет после облучения (рис. 6.42). Несколько позже возникают рак молочной и щитовидной железы, легких и других органов. Риск генетических повреждений в первых двух поколениях, по оценкам специалистов, составляет около 40% от риска заболевания раком.

Проблема влияния на организм человека облучения "малыми дозами" особо остро встала перед специалистами после аварии на ЧАЭС. Для ее решения требуется постоянное повсеместное обследование населения, наблюдение за состоянием здоровья участников ликвидации последствий аварии и людей, проживающих на загрязненных территориях. Уже на сегодняшний день отмечается рост случаев рака щитовидной железы, возрастание числа анемий, сердечных и других заболеваний, связанных с ослаблением иммунитета.

Естественное излучение является обычной составной частью биосферы, абиотическим фактором, непрерывно действующим на организмы и образующим природный радиоактивный фон, который формируется за счет космического излучения и излучения радионуклидов, находящихся во внешней среде и внутри живых организмов. Искусственные источники излучения появляются в результате деятельности человека. Биологический эффект радиации определяется дозовой нагрузкой и может наблюдаться на всех уровнях организации живых систем. Индивидуальная чувствительность человека к радиоактивному облучению зависит от возраста, психо-эмоционального состояния и т. д. Лучевое поражение в зависимости от дозы может привести к гибели, различным формам лучевой болезни, астении, катаракте, снижению иммунитета, сокращению продолжительности жизни, возрастанию риска появления рака, генетических повреждений.

1. Какие существуют источники ионизирующих излучений. 2. Из каких компонентов складывается природный радиоактивный фон? 3. Где применяются источники искусственного ионизирующего излучения? А. Каковы биологические последствия действия ионизирующих излучений на организм? 5. В чем опасность внутреннего облучения организма? 6. Какие заболевания вызывают ионизирующие излучения?

Влияние ионизирующего излучения на организм человека.

Ионизирующее излучение является одним из видов электромагнитного излучения. Оно обладает энергией, достаточной для того, чтобы выбить один или более электронов из атомов и образовать положительно заряженные ионы, которые в свою очередь могут вступать в реакцию и разрушать ткани живых организмов.

Примерами ионизирующего излучения являются ультрафиолетовые излучения Солнца и аппаратов ультрафиолетового облучения, рентгеновское излучение, нейтронное излучение, возникающее в ходе реакций ядерного деления и ядерного синтеза, а также альфа-, бета - и гамма-излучение, испускаемое радиоактивными изотопами.

Известно, что в природе существуют химические элементы устойчивые и неустойчивые (уран, торий, радий и д. р.). Внутриядерных сил для сохранения прочности ядра у последних недостаточно, и ядра атомов неустойчивого элемента превращаются в ядра атомов другого элемента. Такой процесс самопроизвольных превращений ядер атомов неустойчивых элементов называют радиоактивным распадом или радиоактивностью. Акт распада сопровождается испусканием излучений в виде гамма-лучей, альфа - и бета - частиц и нейтронов.

Радиоактивные излучения характеризуются различной проникающей ионизирующей (повреждающей) способностью.

- Альфа-частицы обладают такой малой проникающей способностью, что задерживаются листом обыкновенной бумаги. Их пробег в воздухе равняется 2-9 см., в тканях животного организма - долями миллиметров. Эти частицы при наружном воздействии на живой организм не способны проникнуть через слой кожи. Вместе с тем ионизирующая способность этих частиц чрезвычайно велика и опасность их воздействия возрастает при попадании внутрь организма с водой, пищей, вдыхаемым воздухом, через открытую рану. - Бета - частицы обладают большей проникающей, но меньшей ионизирующей способностью, их пробег в воздухе до 15 метров, в ткани организма - 1-2 см. - Гамма - излучение распространяется со скоростью света, обладает наибольшей глубиной проникновения - его может ослабить только толстая свинцовая или бетонная стена.

Величина энергии излучения, поглощенная телом либо веществом, называется поглощенной дозой.

В качестве единицы измерения поглощенной дозы излучения в системе СИ принят грей (Гр).

Для оценки повреждающего действия различных видов ионизирующего излучения на биологические объекты применяют специальную единицу измерения - бэр (биологический эквивалент рентгена).

В системе СИ единицей этой эквивалентной дозы является зиверт (1 Зв = 100 бэр).

Для оценки радиационной обстановки на местности, в рабочем или жилом помещении, обусловленной воздействием рентгеновского или гамма-излучения, используют экспозиционную дозу облучения.

За единицу экспозиционной дозы в системе СИ принят кулон на килограмм (Кл/кг).

На практике она чаще всего измеряется в рентгенах (Р).

Экспозиционная доза в рентгенах достаточно надежно характеризует потенциальную опасность воздействия ионизирующих излучений на тело человека. При прочих равных условиях доза ионизирующего излучения тем больше, чем больше время облучения, т. е. доза накапливается со временем. Доза, отнесенная к единице времени, называется мощностью дозы или уровнем радиации.

Так, если мы говорим, что уровень радиации на местности составляет 1 Р/ ч, то это значит, что за 1 час нахождения на местности человек получит дозу, равную 1Р.

Рентген является весьма крупной единицей измерения, поэтому уровни радиации обычно выражаются в долях рентгена - тысячных (миллирентген в час - мР/ч) и миллионных (микрорентген в час - мкР/ч).

Возможные последствия для человека различных доз облучения за короткий промежуток времени.

Доза (миллирентген)	Последствия
50 - 200	Уменьшение белых кровяных клеток, тошнота, рвота; около 10 % погибают в течение нескольких месяцев при 200 мР
200 - 400	Потеря кровяных клеток, высокая температура, кровотечение, выпадение волос, тошнота, рвота, кожные нарывы; погибает до 20 %
500 - 1000	Тяжелые расстройства желудочно - кишечного тракта, острая сердечно - сосудистая недостаточность, поражение центральной нервной системы. Гибель в течение нескольких недель.
10000	Смерть в течение нескольких часов

Воздействие ионизирующего излучения может повреждать клетки человеческого организма двумя способами. Один из них - генетические повреждения, которые изменяют гены и хромосомы. Они могут проявиться в виде генетических дефектов у потомков. Другой способ - соматические повреждения, которые наносят вред жертве в течение ее жизни. Примерами служат ожоги, некоторые виды лейкемии, выкидыши, глазные катаракты, а также раковые заболевания костей, щитовидной железы, молочной железы и легких.

Для обнаружения ионизирующих излучений используются следующие приборы:

- Радиометр - предназначен для определения количества радиоактивных веществ. Основными приборами радиационной разведки в системе ГО являются: ДП - 5В, предназначенный для измерения уровня радиации на местности, степени зараженности различных предметов по гамма - излучению и обнаружения бета - зараженности поверхностей объектов(0,05 мР/ч - 200 Р/ч) и измеритель мощности дозы СПР 68 - 01, используемый для измерения дозы при аварийных ситуациях на АЭС (о - 3000 мкР/ч). - Дозиметры - приборы для измерения мощности поглощенной дозы (ДКП - 50А, ИД - 1, ИД - 11, ДК - 02 и др.).

Человек в течение всей жизни подвергается воздействию ионизирующего излучения. Это прежде всего естественный радиационный фон Земли космического и земного происхождения. В среднем доза облучения от всех естественных источников ионизирующего излучения составляет в год около 200 мР, хотя это значение может колебаться в разных регионах Земли от 50 до 1000 мР/год и более.

Кроме того, человек встречается с искусственными источниками излучения (техногенное облучение). Сюда относится, например, ионизирующее излучение, используемое в медицинских целях. Определенный вклад в техногенный фон вносят предприятия ядерно - топливного цикла и ТЭЦ на угле, полеты на самолетах на больших высотах, просмотр телепрограмм, пользование часами со светящимся циферблатом и т. д. В целом техногенный фон колеблется от 150 до 200 мбэр.

Таким образом, каждый житель Земли ежегодно в среднем получает дозу облучения в 250 - 400 мбэр. Это уже обычное состояние среды обитания человека. Неблагоприятного действия от этого уровня радиации на здоровье человека не установлено.

Совершенно иная ситуация возникает при ядерных взрывах и при авариях на атомных реакторах, когда образуются обширные зоны радиоактивного заражения (загрязнения) с высоким уровнем радиации.

После прочтения первой части лекции обсуждаются ответы на вопросы, поставленные в таблице. Далее учащимся предлагается список понятий:

Стены

Вода

Йод

Пища

Подручные средства защиты

Учитель предлагает учащимся, используя эти понятия, предложить варианты защиты человека от радиоактивной опасности. Это обсуждается и выносится на доску. Затем читается второй фрагмент лекции и учащимся предлагается отследить правильность своих предположений.

При сообщении о радиационной опасности населению рекомендуется незамедлительно выполнить следующие мероприятия:

- Органов дыхания - смоченной водой марлевой повязкой, носовым платком или любой частью одежды. - Кожи и волос - прикрыть любыми предметами одежды, на ноги надеть резиновые сапоги. - Эти рекомендации, конечно, не исчерпывают всех мер защиты. Однако соблюдение перечисленных правил или хотя бы их части - вынужденная необходимость, позволяющая намного уменьшить риск неблагоприятных радиационных последствий в чрезвычайных ситуациях.

Воздействие излучений на организм человека - Анализ влияния излучений на организм человека

Похожие статьи