Биологическое действие ионизирующего излучения

Как уже отмечалось, основной особенностью действия ионизирующего излучения является ионизация атомов и молекул. Выше описан также механизм этого процесса при различных видах излучения. Считают, что ионизация атомов и молекул живой материи является первичным начальным этапом биологического действия излучения. Особое значение при облучении живого организма имеет ионизация молекул воды, которая составляет 75% объема всех органов и тканей человека. В результате ионизации молекул воды в известных условиях образуются радикалы, которые могут вступать в реакцию с веществами, способными как окисляться, так и восстанавливаться. Из них наибольшее значение имеют атомарный водород (H), гидроксил (OH), гидроксид (HO2), перекись водорода (H2O2).

Свободные радикалы вступают в реакцию с активными структурами ферментных систем — сульфгидрильными группами (SH), превращая их в неактивные дисульфидные группы (S — S). В результате нарушается каталитическая активность очень важных тиоловых ферментных систем, участие которых абсолютно необходимо в синтезе нуклеопротеидов и нуклеиновых кислот — важнейших элементов в жизнедеятельности организма.

Под влиянием облучения количество дезоксирибонуклеиновой кислоты и дезоксирибонуклеопротеидов в ядрах клеток значительно снижается, замедляется скорость их обновления.

Так как свободные радикалы живут чрезвычайно короткий срок (доли секунды), то естественно возникает вопрос, каким образом они обеспечивают указанные длительные процессы. Для объяснения этого выдвинута теория возникновения цепных самоускоряющихся реакций, которые вызываются свободными радикалами.

Роль свободных радикалов в биологическом действии ионизирующих излучений косвенно подтверждается опытами, показывающими, что в условиях резкого снижения возможности образования радикалов вследствие уменьшения парциального давления кислорода (гипоксия) резистентность организма к действию ионизирующего излучения повышается.

Реакция организма на ионизирующее излучение зависит от многих факторов: дозы облучения, вида излучения, длительности воздействия, размеров облучаемой поверхности, индивидуальной реактивности организма.

Поступление в организм радиоактивных веществ в виде газов, паров, аэрозолей через дыхательные пути, заглатывание радиоактивных частиц, растворов и радиоактивных веществ, попадание с загрязненных рук и проникновение через поврежденную и неповрежденную кожу приводят к внутреннему облучению организма.

Интенсивность поражения при этом зависит от количества радиоактивного вещества, способа поглощения, химических и физических свойств (растворимости, дисперсности аэрозолей), периода полураспада и полувыведения, степени накопления в отдельных органах и других условий.

При попадании внутрь организма наиболее опасны α-излучатели, обладающие большой ионизирующей способностью; значительную опасность представляют также и β-излучатели, характеризующиеся хотя и меньшей, но все же значительной ионизирующей способностью.

Распределение в организме и выведение из него радиоактивных веществ зависят от их физико-химических свойств и функционального состояния организма.

Некоторые вещества накапливаются в определенных органах, например йод (I) — в щитовидной железе, радий (Ra226), стронций (Sr89, Sr90) —в костях, натрий (Na24) и цезий (Cs137) распределяются в организме более или менее равномерно. Под влиянием различных причин с течением времени может происходить перераспределение радиоактивных веществ в тканях.

Накопление радиоактивных веществ в отдельных органах и тканях при длительном действии обусловливает развитие в них патологических изменений, например злокачественных новообразований.

Из организма радиоактивные вещества выделяются через желудочно-кишечный тракт, почки, а газообразные изотопы (радон, торон и др.) — через дыхательные пути. Некоторые вещества могут выделяться слизистой оболочкой рта, кожей, молочными железами. Значительная часть радиоактивных изотопов выделяется в основном в первые дни после поступления в организм, однако многие элементы (стронций, торий, радий и др.) выделяются медленно и недолго задерживаются в нем.

Важной характеристикой поведения радиоактивных веществ в организме является скорость снижения их активности. Для ее оценки используется понятие «эффективный период» — время, в течение которого активность содержащегося в организме изотопа уменьшается вдвое. Оно зависит от периода полураспада изотопа и периода его полувыведения из организма, т. е. времени, в течение которого из организма удаляется половина находящегося в нем радиоактивного вещества. Для короткоживущих радиоактивных элементов эффективный период фактически определяется процессами распада и выведения, для долгоживущих — в основном выведением.

Нарушения состояния здоровья вследствие воздействия ионизирующего излучения возможны при. невыполнении правил охраны труда во время работы с радиоактивными веществами.

В зависимости от степени поражения патологический процесс, вызванный ионизирующим излучением, может проявиться в острой или хронической форме лучевой болезни.

Острая форма лучевой болезни может возникнуть при кратковременном однократном облучении, например при аварии, хроническая лучевая болезнь — при многократном длительном облучении в дозах, превышающих предельно допустимые.

Острая лучевая болезнь — общее лучевое поражение организма, при котором клинические явления возникают рано. Характеризуется болезнь как общетоксическими симптомами (слабость, тошнота, утомляемость и др.), так и специфическими признаками поражения кроветворных органов, желудочно-кишечного тракта, центральной нервной и других систем. Различают четыре периода течения болезни (начальный, скрытый, разгар и исход), которые в зависимости от дозы облучения и индивидуальной чувствительности человека могут проявляться по разному. Легкая форма возникает при действии ионизирующей радиации в дозе свыше 100 р. В начальный период заболевания может наблюдаться однократно рвота в первые сутки после облучения, а в последующем — небольшая общая слабость в течение 2—3 недель. Заболевание средней степени тяжести характеризуется поражением кроветворных органов, которое наиболее выражено в фазе разгара болезни. При тяжелой форме (100—1000 р), помимо глубокого нарушения кроветворения, болезнь характеризуется опасностью возникновения массивных кровотечений и инфекционных осложнений.

Крайне тяжелая форма лучевой болезни (более 1000 р) развивается при явлениях поражения желудочно-кишечного тракта и характеризуется непрерывной рвотой и диареей с кровавыми выделениями. После облучения в дозе более 10 000 р основные симптомы лучевой болезни связаны с поражением центральной нервной системы, которое проявляется сразу после облучения.

Хроническая лучевая болезнь может быть результатом длительного внешнего или внутреннего облучения в дозах, превышающих в 10 и более раз предельно допустимые для лиц, профессионально работающих в сфере действия ионизирующей радиации. Начальные проявления лучевой болезни при длительном облучении выражаются неустойчивостью вегетативной регуляции (колебания содержания в крови форменных элементов, кровяного давления, моторной и секреторной функций желудочно-кишечного тракта) и функций центральной нервной системы (в частности, психофизиологических). При прогрессировании заболевания (в случае продолжающегося облучения) появляются более стойкие изменения крови (лейкопения, тромбоцитопения, анемия).

Местное лучевое воздействие ү-, рентгеновского или β-излучения может вызывать поражения кожи. При дозах свыше 200 р наблюдается эпиляция с последующим восстановлением волос,  если доза не превышает 600 р. Дозы до 1000 р могут вызывать реакцию, равнозначную тепловому или солнечному ожогу II степени. Пузыри начинают появляться через 1—2 недели после воздействия. Дозы, превышающие 1200 р, вызывают тяжелые повреждения по типу химических или контактных термических ожогов. Боль начинается сразу после облучения. Ткани некротизируются на различную глубину.

Хроническое облучение кожи в течение нескольких месяцев или лет вызывает поражение кожи типа экземы.

Выше уже указывалось на возможность развития злокачественных опухолей различных органов и лейкоза при действии ионизирующих излучений. Описана лучевая катаракта как результат воздействия рентгеновых, ү-лучей и нейтронов. В эксперименте отмечено снижение иммунобиологической реактивности организма животных.