на что влияет радиация в организме человека
Биологическое действие ионизирующего излучения.
Тема: Биологическое действие ионизирующего излучения.
Ионизирующее излучение было открыто в 1895 году Вильгельмом Конрадом Рентгеном в Германии, который зафиксировал неизвестные ранее лучи, которые проникали сквозь тело человека. Эти лучи, однако, не были связаны с естественной радиоактивностью. Рентген получил их в электронной лампе, разгоняя поток электронов от одного электрода к другому. Это открытие вдохновило других учёных искать таинственные лучи, и в 1896 году было сделано следующее открытие: французский физик Анри Беккерель изучал минеральный образец урана и обнаружил, что он испускал лучи того же самого типа, что и лучи Рентгена. Беккерель обнаружил явление естественной радиоактивности.
Теперь поиск химических элементов, испускающих радиацию, стал более целенаправленным. В 1898 году учёные Мария и Пьер Кюри выделили два радиоактивных элемента: полоний и радий. Радий, который является высоко радиоактивным химическим элементом, скоро оказался полезным в медицине. А в то время об опасности вредного воздействия излучения на организм не было известно.
Многие из первопроходцев в области медицины и научных исследований были облучены, и в течение первых десятилетий прошлого столетия некоторые из них погибли от лучевой болезни.
В 1928 году на Международном Конгрессе по радиологии в Стокгольме была основана международная организация – сегодня известная, как Международная Комиссия по Радиационной Защите (МКРЗ). МКРЗ собирает информацию о воздействии радиации на здоровье и выпускает рекомендации по радиационной защите.
Воздействие ионизирующего излучения на вещество.
Любое вещество, поглощая энергию солнечного излучения, нагревается. Воздействие солнечного излучения на биологическую ткань приводит к биологическим эффектам (например, загар на теле человека). Так же и ионизирующее излучение воздействует различным образом на живую и неживую материю.
Тело человека поглощает энергию и находится под биологическим воздействием ионизирующего излучения. Чтобы понять, как ионизирующее излучение воздействует на нашу биологическую ткань, исследуем процесс на уровне элементов, составляющих ткань, то есть на уровне клетки.
Клетка и молекула ДНК живого организма.
Генетический материал человека состоит из 46 хромосом, составляющих 23 пары. Внутри хромосом находится молекула ДНК, которая является сложнейшей макро-молекулой. Молекула ДНК состоит их двух цепочек в форме двойной спирали, растянув которые можно получить нить длинной около 1,5 метра
Четыре базы, названные А, С, G, Т, связывают обе спирали вместе очень оригинальным способом. А в одной спирали всегда соединяется с Т в другой спирали, С всегда соединяется с G. В случае, если одна спираль повреждена, другая служит моделью для восстановления.
Деление клетки в организме.
Клетки могут разрушиться или быть повреждены вследствие каких-либо причин. Чтобы позволить тканям тела и органам поддерживать свои функции, клетка делится с образованием двух нормальных, здоровых дочерних клеток, идентичной материнской клетке, которые заменяют повреждённую клетку.
Когда клетка делится, обе цепочки каждой молекулы ДНК разделяются, каждая затем становится частью новой спирали ДНК и в результате – мы имеем две новые клетки.
Полный процесс деления занимает от двух минут до двух часов – это очень чувствительный период в жизни клетки. Повреждение ДНК во время этого процесса может привести к различным последствиям. Однако, способность клетки к восстановлению исправит большинство дефектов прежде, чем закончится образование новой клетки.
Повреждение ДНК происходит случайно, или в результате воздействия на неё ядовитых веществ, вирусов, ультрафиолетового или ионизирующего излучения.
Воздействии ионизирующего излучения на ДНК.
Некоторые клетки являются наиболее чувствительными к ионизирующему излучению, но все они чувствительны в период деления. Это означает, что растущая ткань или ткань, которая имеет высокую скорость деления клеток, более чувствительна к ионизирующему излучению, чем другие ткани. Вот почему дети, а особенно плод беременной женщины более чувствительны к излучению, чем взрослые. По той же причине клетки раковой опухоли более чувствительны к излучению, чем здоровая ткань, так как раковая опухоль растёт очень быстро за счёт частого деления раковых клеток. Эта особенность опухоли используется для лечения рака при помощи облучения раковых клеток.
Прямые и косвенные эффекты облучения.
Ионизирующее излучение может воздействовать на ДНК непосредственно или косвенно. Наши клетки состоят на 65-75% из воды. Поэтому, наиболее вероятная молекула, которая подвергается воздействию ионизирующего излучения молекула воды. Излучение ионизирует молекулы воды, приводя к образованию различных химических активных веществ. Эти вещества, которые называются свободными радикалами, могут воздействовать на молекулу ДНК. Прямое воздействие имеет менее важное значение, поскольку оно менее вероятно. Чтобы вызвать прямой эффект, ионизирующее излучение должно разрушить молекулу ДНК.
Бета- и гамма-излучения вызывают низкую плотность ионизации, поэтому вероятность повреждения обеих цепочек спирали ДНК относительно небольшая. Обычно ущерб наносится только одной цепочке или одной базе, и это повреждение может быть восстановлено относительно эффективными функциями восстановления организма. Альфа-излучение вызывает высокую плотность ионизации. При этом возникает большая вероятность разрушения обеих цепочек ДНК. Поскольку генетическая модель клетки, таким образом, разрушается, вероятна ошибка в процессе восстановления клетки, что может даже привести к гибели клетки.
Действие радиации на организм человека.
Существуют различия между последствиями радиационного воздействия, которые возникают вскоре после облучения – острые последствия – и последствиями, которые будут наблюдаться намного позже – хронические последствия.
Острые последствия облучения.
Острые последствия обусловлены большой дозой облучения тела или органа человека за короткий срок, и в большинстве случаев приводят к гибели клеток организма. При превышении порогового значения повреждения неизбежны, и они увеличиваются с увеличением дозы. Индивидуальное пороговое значение может быть разным, и это может изменить степень повреждения каждого индивидуума. Острая лучевая болезнь и повреждение плода у беременных – примеры острых повреждений организма в результате воздействия ионизирующего излучения.
Острая лучевая болезнь.
Клетки, которые являются наиболее чувствительными к воздействию радиации – клетки с высокой частотой деления. Поэтому в первую очередь ионизирующее излучение будет воздействовать на кроветворные органы (красный костный мозг), особенно чувствительные к ионизирующему излучению. Кратковременная доза облучения на всё тело более, чем 1000 мЗв (100 бэр) приведёт к острой лучевой болезни. Множество клеток и, следовательно, большие части живой ткани будут повреждены или погибнут. Функции облучённого органа будут нарушены. Последствия интенсивного облучения организма в дозах, превышающих пороговое значение, иногда проявляются уже через час или два: человек начнёт чувствовать слабость и начнётся рвота. Эти признаки обычно уменьшаются после двух дней, и в течение двух-трёх недель – самочувствие человека улучшается. Однако, за это время число белых кровяных клеток существенно уменьшится, уменьшится и сопротивление организма заразным болезням. Это может привести к воспалительным болезням с высокой температурой, диарее и кровотечениям. Если человек поправляется от острого облучения, то останется риск хронических последствий облучения.
Незамедлительное и целенаправленное квалифицированное лечение увеличивает процент выживания.
Генетические нарушения в организме.
Различают следующие виды воздействия на клетки организма вследствие облучения в зависимости от поглощённой дозы облучения и радиоустойчивости клетки:
— Без изменений – облучение не влияет на клетку
— Клетка восстанавливает молекулу ДНК
Молекула ДНК получает ложную информацию, ведущую к мутации клетки. Мутации не обязательно отрицательные, но они могут также привести к генетическим нарушениям и раковым заболеваниям.
Хронические последствия облучения.
Рак и наследственные болезни расцениваются как хронические последствия действия радиационного облучения.
Пороговое значение дозы облучения для хронических последствий отсутствует. Чем больше доза облучения, тем выше вероятность заболевания.
Клетка, у которой генетический код был изменён, может развиться в раковую клетку. Рак – болезнь, вызванная бесконтрольным делением мутирующих клеток. Примерно 20% всех смертных случаев в мире – от раковых болезней. Признаки лейкемии, вызванной ионизирующим излучением, обнаруживаются через 3-7 лет после облучения. Другие виды раковых болезней развиваются более длительное время.
Наследственные изменения в потомстве.
ДНК в половых клетках, также могут быть повреждены ионизирующим излучением. Эти повреждения могут быть переданы следующему поколению. Но для того, чтобы это случилось, дефект клеток должен быть унаследован от обоих родителей. Необходимые условия передачи генетических изменений следующему поколению:
— Хромосома в половой клетке повреждена.
— Повреждены одинаковые хромосомы в клетках отца и матери.
— Эмбрион должен развиться. Шансы эмбриона выжить уменьшаются, если клетки повреждены.
Эти условия объясняют, почему наследственные последствия нанесения вреда организму настолько трудно оценить. Вероятность каждого условия мала. Вероятность того, что все три условия выполняются одновременно – чрезвычайно мала.
На что влияет радиация в организме человека
Острое воздействие на здоровье, такое как ожог кожи, может возникнуть, когда доза облучения превышает определенные уровни. Низкие дозы ионизирующего излучения увеличивают риск развития более долгосрочных последствий, таких как рак. Впервые повреждающее действие ионизирующего излучения было описано в 1896, когда у ряда больных, которым делали рентгеновские снимки, а также у врачей, их выполнявших, были обнаружены рентгеновские дерматиты. Такая же картина поражения кожных покровов была выявлена после воздействия радия. Пьер Кюри, желая выяснить действие излучения радия на кожу, облучил собственную руку!
Воздействие ионизирующего излучения на организм человека может быть внутренним (когда радионуклиды попадают во внутренние среды организма) и внешним (когда радиоактивные частицы оседает на коже или одежде). Воздействие может также произойти в результате облучения от внешнего источника (например, от рентгеновского оборудования).
Радиационное повреждение тканей зависит от полученной дозы облучения. Эффективная доза используется для измерения ионизирующего излучения с точки зрения его потенциала причинить вред и выражается в Зивертах (Зв). 1 Зв это очень существенная величина (пороговая доза острой лучевой болезни), поэтому обычно применяются меньшие ее единицы, такие как миллизиврет (мЗв) и микрозиверт (мкЗв). Соответственно, 1 Зв = 1000 мЗв, а 1 мЗв = 1000 мкЗв. Скажем, 10 мкЗв это средняя доза облучения космической радиации, которую получит пассажир авиалайнера в течение 3 часов полета. А 10 мЗв – доза от одной компьютерной томографии.
Если доза является низкой или воздействует длительный период времени, риск развития различных патологий существенно снижается, поскольку увеличивается вероятность восстановления поврежденных тканей. Тем не менее, долгосрочные эффекты, такие как рак, могут проявиться даже спустя десятилетия. Этот риск выше у детей и подростков, так как они намного более чувствительны к воздействию радиации.
Радиационная безопасность населения достигается путем ограничения воздействия от всех основных видов облучения:
— техногенные источники при их нормальной эксплуатации (различные производственные установки);
— техногенные источники в результате радиационной аварии;
— природные источники;
— медицинские источники (рентгеновские аппараты).
Годовая доза облучения населения не должна превышать основные пределы доз, указанных в Нормах радиационной безопасности (НРБ-99/2009. СанПиН 2.6.1.2523-09). В настоящий момент эта величина равна 1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в один год. Здесь учитывается радиологическая нагрузка на организм от потребляемых продуктов, атмосферного воздуха, условий проживания, а так же медицинские диагностические манипуляции с использованием ионизирующего излучения.
В целом, в условиях повседневности радиация не представляет для нас серьезной опасности. В бытовых условиях человек редко может столкнуться с опасными источниками радиации, а если такое происходит, то, как правило, в силу невежества или халатности работников предприятий, где используются источники ионизирующего излучения.
Помните, что, несмотря на легкодоступные диагностические сервисы, следует проводить радиологические исследования (КТ, рентген, флюорография) ТОЛЬКО по назначению врача.
Вопреки распространенному мнению, нет никаких научных доказательств способности алкоголя выводить радиацию из организма. То же самое касается препаратов йода – его применение оправдано только в случае радиационной аварии при нахождении пострадавших в 30 км зоне ЧС для защиты щитовидный железы от попадания радиоактивного йода. Однако йодопротекторы используются строго по инструкции и при вышеуказанных условиях. Вне зоны поражения пить таблетки или раствор йода, мазать шею может быть опасно!
Важным защитным приемом для укрепления организма при неблагоприятном радиологическом фоне (что актуально для некоторых биогеохимических провинций) является организация оптимального питания. Основными принципами построения рационов питания на загрязненной радиоактивными изотопами территории являются увеличение количества белков до 15% калорийности рациона и повышение в рационе на 20-50% по сравнению с рекомендуемыми возрастными нормами содержания витаминов-антиоксидантов: Е, С, А, биофлавоноидов, а пищевых волокон на 30%. Необходимо также обеспечить повышенное поступление минеральных веществ: кальция, калия, йода, магния, железа, селена. Для достижения этих задач необходимо достаточное содержание в рационе нежирных сортов мяса, птицы, рыбы, молочных продуктов, широкое использование свежих овощей, фруктов и зелени, добытых и выращенных в экологически благоприятных районах, так как сами по себе продукты накапливают радионуклиды, если выращиваются на загрязненной территории.
В своей жизни мы постоянно сталкиваемся с влиянием ионизирующего излучения, но волноваться не стоит — вред здоровью от «повседневных» природных источников значительно меньше вреда от беспокойства по этому поводу.
Радиоактивное загрязнение и защита от радиации
Радиация может вести к генетическим мутациям, разрушать клетки и ткани организма, способствовать образованию канцерогенных веществ и химически активных свободных радикалов, повреждающих клетки организма. Известно, что свободные радикалы в небольших дозах всегда присутствуют в нашем организме, образуясь, например, при различных биохимических реакциях. Однако при воздействии радиации и химических загрязнений процесс образования свободных радикалов становится очень интенсивным. На защитные системы организма при этом падает непосильная нагрузка. Иммунные реакции подавляются и создаются благоприятные условия для размножения вирусов, микробов и опухолевых клеток. Организм утрачивает способность сопротивляться разнообразным заболеваниям.
Непросто сегодня сохранить своё здоровье, выжить и вырастить здоровых детей. Для этого нужно уметь защищаться от вредного воздействия радиоактивных веществ, что во многом зависит от нас самих.
Помочь себе в борьбе с загрязнением радиоактивными веществами мы можем, в частности, с помощью соответствующего питания. Очень важно, чтобы в рационе было достаточно антиокислителей (витаминов С, Е, А), которые обезжиривают свободные радикалы и тем самым противодействуют внутриклеточному окислению жиров, возрастающему при ионизирующем облучении.
В зонах радиоактивного загрязнения внешней среды как работающие, так и население могут подвергаться внешнему и внутреннему (от попавших внутрь радионуклидов) облучению. Радионуклиды (радиоактивные изотопы металлов) способны аккумулироваться в продуктах растительного и животного происхождения, откуда они вместе с пищей могут попадать в организм человека. После всасывания из пищеварительного тракта и лёгочной ткани радионуклиды накапливаются в органах и тканях. Поэтому применение мер профилактики должно быть своевременным.
Выведение радионуклидов, циркулирующих в крови, в значительной степени происходит через кишечник, где они связываются с пектинами и другими пищевыми волокнами.
Пищевые волокна содействуют выведению радионуклидов, они являются ценным компонентом продуктов. Много пищевых волокон в необработанном зерне, овощах и фруктах (столовая свёкла, редис, морковь, сладкий перец, тыква, зелёный горох, яблоки, абрикосы, цитрусовые, чёрная смородина).
В ежедневном рационе должно быть в достаточном количестве минеральных солей калия, кальция и фосфора (насыщение ими организма препятствует накоплению радионуклидов). Хорошим источником калия являются курага, картофель, горох, томаты, чёрная смородина и др. Много кальция содержится в фасоли, капусте и моркови. Достаточно большое количество фосфора имеется в яйцах, крупах, ржаном хлебе.
Особое внимание необходимо уделять достаточному потреблению витаминов и микроэлементов:
Разрушительное действие радиации на организм человека
Ученые, изучающие влияние радиации на живые организмы, серьезно обеспокоены ее широким распространением. Как сказал один из исследователей, современное человечество купается в океане радиации. Невидимые глазу радиоактивные частицы обнаруживают в почве и воздухе, воде и пище, детских игрушках, нательных украшениях, строительных материалах, антикварных вещах. Самый безобидный на первый взгляд предмет может оказаться опасным для здоровья.
Наш организм также можно назвать в небольшой степени радиоактивным. В его тканях всегда содержатся необходимые ему химические элементы – калий, рубидий и их изотопы. В это сложно поверить, но каждую секунду в нас происходят тысячи радиоактивных распадов!
В чем суть радиации?
Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Их компоновка у некоторых элементов может быть, упрощенно говоря, не совсем удачной, из-за чего они становятся нестабильными. У таких ядер есть лишняя энергия, от которой они стремятся избавиться. Сделать это можно такими способами:
Кроме этого, ядро может излучать протоны, нейтроны и полностью разваливаться на куски. Таким образом, несмотря на тип и происхождение, любые виды радиации представляют собой высокоэнергетический поток частиц с огромной скоростью (десятки и сотни тысяч километров в секунду). Он очень пагубно действует на организм.
Последствия действия радиации на организм человека
В нашем организме непрерывно продолжаются два противоположных процесса – гибель и регенерация клеток. В нормальных условиях радиоактивные частицы повреждают в молекулах ДНК до 8 тысяч различных соединений за час, которые организм потом самостоятельно восстанавливает. Поэтому медики считают, что малые дозы радиации активизируют систему биологической защиты организма. Но большие – разрушают и убивают.
Так, лучевая болезнь начинается уже при получении 1-2 Зв, когда врачи фиксируют ее 1-ую степень. В этом случае необходимы наблюдения, регулярные последующие обследования на предмет онкологических заболеваний. Доза 2-4 Зв означает уже 2-ую степень лучевой болезни, при которой требуется лечение. Если помощь поступает вовремя, летального исхода не будет. Смертельной считается доза от 6 Зв, когда даже после пересадки костного мозга удается спасти лишь 10-ую часть больных.
Без дозиметра человек никогда не поймет, что подвергается воздействию опасного излучения. Поначалу тело никак на это не реагирует. Лишь через время может появиться тошнота, начинаются головные боли, слабость, поднимается температура.
При высоких дозах облучения радиация в первую очередь воздействует на кроветворную систему. В ней почти не остается лимфоцитов, от количества которых зависит уровень иммунитета. Вместе с этим растет число хромосомных поломок (дицентриков) в клетках.
В среднем, организм человека не должен подвергаться облучению, доза которого более 1 млЗв в год. При облучении в 17 Зв вероятность развития неизлечимого рака приближается к максимальному значению.
Подробнее о том, как радиация влияет на организм человека
Повреждение атомов клеток. Процесс воздействия радиации на организм называется облучением. Это крайне разрушительная сила, которая трансформирует клетки, деформирует их ДНК, приводит к мутациям и генетическим повреждениям. Деструктивный процесс может запустить всего одна частица радиации.
Действие ионизирующего излучения специалисты сравнивают со снежным комом. Начинается все с малого, затем процесс нарастает до тех пор, пока не наступят необратимые изменения. На атомарном уровне это происходит так. Радиоактивные частицы летят с огромной скоростью, выбивая при этом электроны из атомов. В результате последние приобретают положительный заряд. «Черное» дело радиации заключается только в этом. Но последствия таких преобразований бывают катастрофическими.
Свободный электрон и ионизированный атом вступают в сложные реакции, в результате которых образуются свободные радикалы. Например, вода (H2O), составляющая 80 % массы человека, под воздействием радиации распадается на два радикала – H и OH. Эти патологически активные частицы вступают в реакции с важными биологическими соединениями – молекулами ДНК, белков, ферментов, жиров. В результате в организме растет число поврежденных молекул и токсинов, страдает клеточный обмен. Через некоторое время пораженные клетки погибают или их функции серьезно нарушаются.
Что происходит с облученным организмом. Из-за повреждения ДНК и мутации генов клетка не может нормально делиться. Это самое опасное последствие радиационного облучения. При получении большой дозы количество пострадавших клеток настолько велико, что могут отказывать органы и системы. Тяжелее всего воспринимают радиацию ткани, в которых происходит активное деление клеток:
Причем даже слаборадиоактивный предмет при длительном контакте наносит вред организму человека. Так, миной замедленного действия могут стать для вас любимый кулон или объектив фотоаппарата.
Огромная опасность влияния радиации на живые организмы состоит в том, что долгое время она никак себя не проявляет. «Враг» проникает через легкие, ЖКТ, кожу, а человек даже не подозревает об этом.
В зависимости от степени и характера облучения его результатом становятся:
К сожалению, природа не предусмотрела для человека органов чувств, которые могли бы подавать ему сигналы об опасности при приближении к радиоактивному источнику. Защититься от такой «диверсии» без всегда присутствующего под рукой бытового дозиметра невозможно.
Как обезопасить себя от излишних доз радиации?
От внешних источников защититься проще. Альфа-частицы задержит обычный картонный лист. Бета-излучение не проникает сквозь стекло. «Прикрыть» от гамма-лучей сможет толстый свинцовый лист или бетонная стена.
Хуже всего обстоит дело с внутренним облучением, при котором источник находится внутри организма, попав туда, к примеру, после вдыхания радиоактивной пыли или ужина с «приправленными» цезием грибочками. В этом случае последствия облучения намного более серьезные.
Самая лучшая защита от бытового ионизирующего излучения – своевременное обнаружение его источников. В этом вам помогут бытовые дозиметры RADEX. С такими приборами под рукой жить гораздо спокойнее: в любой момент вы исследуете на радиационное загрязнение все что угодно.
Контролируйте индикатором радиоактивности свою пищу, проверяйте воду и воздух, которым дышите, и вы создадите надежную преграду для проникновения внутрь микроскопических вредоносных частиц.