Биологическое действие ионизирующих излучений на организм человека

Различные виды излучений характеризуются различной биологической эффективностью, что связано с отличиями в их проникающей способности (рис. 3.11) и характером передачи энергии органам и тканям живого объекта.

Альфа-излучение имеет малую длину пробега частиц и характеризуется слабой проникающей способностью. Оно не может проникнуть сквозь кож- ные покровы. Пробег альфа-частиц с энергией 4 МэВ в воздухе составляет

2,5 см, а в биологической ткани лишь 31 мкм. Альфа-излучающие нуклиды представляют большую опасность при поступлении внутрь организма через органы дыхания и пищеварения, открытые раны и ожоговые поверхности.

Бета-излучение обладает большей проникающей способностью. Пробег бета-частиц в воздухе может достигать нескольких метров, а в биологиче- ской ткани - нескольких сантиметров. Так, пробег электронов с энергией

4 МэВ в воздухе составляет 17,8 м, а в биологической ткани - 2,6 см.

Альфа- частицы

Бета- частицы

Гамма- кванты

Бумага

Металл

Рис. 3.11. Схематическое изображение проникающей способности различных излучений

Гамма-излучение имеет еще более высокую проникающую способ-

ность. Под его действием происходит облучение всего организма.

В органах и тканях биологических объектов, как и в любой среде при облучении, в результате поглощения энергии идут процессы ионизации и возбуждения атомов. Эти процессы лежат в основе биологического действия излучений. Его мерой служит количество поглощенной в организме энергии. В реакции организма на облучение можно выделить четыре фазы. Длитель- ность первых трех быстрых фаз не превышает единиц микросекунд, в тече- ние которых происходят различные молекулярные изменения. В четвертой медленной фазе эти изменения переходят в функциональные и структурные нарушения в клетках, органах и организме в целом.

Первая, физическая фаза ионизации и возбуждения атомов длится

10-13 с.

Вo второй, физико-химической фазе, протекающей 10-10 с, образуются высокоактивные в химическом отношении радикалы, которые, взаимодейст- вуя с различными соединениями, дают начало вторичным радикалам, имею- щим значительно большие по сравнению с первичными сроки жизни.

В третьей, химической фазе, длящейся 10-6 с, образовавшиеся радикалы вступают в реакции с органическими молекулами клеток, что приводит к из- менению биологических свойств молекул. Описанные процессы первых трех фаз являются первичными и определяют дальнейшее развитие лучевого по- ражения.

В следующей за ними четвертой, биологической фазе, химические из- менения молекул преобразуются в клеточные изменения. Наиболее чувстви- тельным к облучению является ядро клетки, а наибольшие последствия вы- зывает повреждение ДНК, содержащей наследственную информацию. В ре- зультате облучения в зависимости от величины поглощенной дозы клетка гибнет или становится неполноценной в функциональном отношении. Время протекания четвертой фазы очень различно и в зависимости от условий мо- жет растянуться на годы или даже на всю жизнь.

По характеру распределения в организме человека радиоактивные ве-

щества можно условно разделить на следующие группы.

1) остеотропные - отлагающиеся преимущественно в скелете (изотопы строн-

ция, бария, радия, циркония, плутония и др.);

2) концентрирующиеся в печени (церий, лантан, плутоний и др.;

3) равномерно распределяющиеся по системам (тритий, углерод, инертные газы, железо и др.);

4) накапливающиеся в мышцах (калий, рубидий, цезий);

5) накапливающиеся в селезенке, лимфатических узлах, надпочечниках

(ниобий, рутений);

6. накапливающиеся в щитовидной железе (радиоактивный йод-131).