Ионизирующее излучение, как экологический фактор

Вопросы:
Ионизирующее излучение, его виды. Период полураспада (физический, биологический, эффективный).
Единицы радиоактивности и дозы излучения.
Источники радиации и их классификация.
Чувствительность человека к ионизирующему излучению. Особенности накопления радиоактивных элементов в организме человека.
Механизм воздействия и этапы радиационного поражения клетки.
Особенности радиационной обстановки на загрязненных территориях ЦЧР после аварии на Чернобыльской АЭС.

Радиоактивные изотопы – элементы, атомы которых имеют одинаковое число протонов, но разное число нейтронов. Все изотопы химических элементов образуют группу радионуклидов.

Мария и Пьер Кюри в лаборатории
Антуан Анри Беккерель

альфа-излучение является потоком положительно заряженных ядер гелия
бета-излучение – поток отрицательно заряженных быстрых электронов
гамма-излучение – коротковолновое излучение электромагнитной природы.

ВРЕМЯ, ЗА КОТОРОЕ РАСПАДАЕТСЯ ПОЛОВИНА МАССЫ ДАННОГО НУКЛИДА, НАЗЫВАЕТСЯ ФИЗИЧЕСКИМ ПЕРИОДОМ ПОЛУРАСПАДА.
через время Т

Периоды полураспада основных радионуклидов, загрязняющих различные территории:
Cs137 – 30 лет (γ-излучение); Sr190 – 29 лет (γ-излучение);
Zn95 – 64 суток;
Rn220 – 3,8 суток;
I131 – 8 суток;
С14 – 5730 лет

Проникающая способность ионизирующего излучения
Альфа-излучение
поглощается листом бумаги. Пробег aльфа-частицы в воздухе 11см., в мягких тканях человека несколько микрон.
Бета-излучение поглощается верхней одеждой. Бета-частицы имеют разную энергию, поэтому пробег их в веществе не одинаков. В воздухе от нескольких метров до сантиметра.
Гамма-излучение ослабляется стенами домов, металлическими конструкциями. Гамма - излучение обладает большой проникающей способностью, изменяющейся в широких пределах.

Для измерения степени радиационной опасности используются следующие показатели:
Экспозиционная доза для оценки гамма- и рентгеновского облучения.
1 рентген – единица экспозиционной дозы и рентгеновского излучения.
Поглощенная доза – это количество энергии ионизирующего излучения, поглощенной единицей массы организма или какого-либо физического тела, зависит от вида облучения.
1 грей (Гр) – единица поглощенной дозы в системе СИ, 1 Гр = 1 Дж/кг.
1 рад – внесистемная единица поглощенной дозы, 1 рад = 0,01 Гр.
Эквивалентная доза учитывает неодинаковую радиационную опасность для организма разных видов ионизирующего излучения. Эквивалентная доза равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент для каждого вида облучения.
1 зиверт (Зв) – единица эквивалентной дозы в системе СИ. 1 Зв соответствует поглощенной дозе в 1 Дж/кг для рентгеновского, бета- и гамма-излучений.
1 бэр – биологический эквивалент рентгена, 1 бэр = 0,01 Зв.
Эффективная эквивалентная доза отражает суммарный эффект облучения для организма. Определяют путем умножения эквивалентных доз на соответствующие виду ионизирующего облучения коэффициенты и суммированная по всем органам и тканям. Измеряется в зивертах.

Генетически значимая доза представляет собой 40 % от коллективной эквивалентной дозы, так как принято считать, что 40 % популяции – это люди детородного возраста и генетические по­следствия облучения могут быть реализованы только через эту группу.

Оценка количества радия и тория в некоторых строительных материалах (проведённая в ряде стран) даёт следующую картину (в Бк/кг):
дерево (Финляндия) - 1,1
песок и гравий (ФРГ) - 30
кирпич (ФРГ) - 126
гранит (Великобритания) - 170
зольная пыль (ФРГ) - 341
глинозём (Швеция) - 500-1400
кальций-силикатный шлак (США) - 2140
отходы урановых обогатительных фабрик (США) - 4625

Рентгеноскопия желудка даёт локальную эквивалентную дозу в - 30 бэр (0,3 Зв)
Рентгенография зубов - 3 бэр (0,03 Зв)
Флюорография - 0,37 бэр (3,7 мЗв)
Просмотр телевизора (по 3 часа ежедневно) - 0,5 мбэр/год

Плотность загрязнения цезием -137
на территории России

Модель переноса и накопления радиоактивных изотопов стронция-90 и цезия-137 (П. Фабр, 1976, с изменениями В.В. Маркина, 2006).

Накопление радиоактивных элементов в организме человека
(по В.С. Савенко, 1997).

ВРЕМЯ, ЗА КОТОРОЕ УДАЛЯЕТСЯ ИЗ ОРГАНИЗМА ПОЛОВИНА ПОПАВШЕГО НУКЛИДА, НАЗЫВАЕТСЯ БИОЛОГИЧЕСКИМ ПЕРИОДОМ ПОЛУРАСПАДА.
ЭФФЕКТ ОТ СОЧЕТАНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО И БИОЛОГИЧЕСКОГО ПЕРИОДОВ ПОЛУРАСПАДА НАЗЫВАЕТСЯ ЭФФЕКТИВНЫМ ПЕРИОДОМ ПОЛУРАСПАДА.

Ионизирующее излучение является реальным мощным экологическим фактором, воздействующим на все живое, оно обладает общебиологическим действием:
является сильным мутагенным фактором;
подавляет процессы эмбриогенеза, механизмы, регулирующие процессы дифференцировки;
снижает регенераторную способность, иммунную защиту организма;
ускоряет процессы старения, укорачивает продолжительность жизни.

МЕРОЙ РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЯВЛЯЕТСЯ ДОЗА ОБЛУЧЕНИЯ, ВЫЗЫВАЮЩАЯ ГИБЕЛЬ 50 % КЛЕТОК ИЛИ ОРГАНИЗМОВ ЗА ОПРЕДЕЛЕННЫЙ ПРОМЕЖУТОК ВРЕМЕНИ – ЛД50/ВРЕМЯ.

Радиочувствительность зависит от:
объема и структуры генома;
активности ферментов репарации;
уровня антиоксидантов;
количества предшественников радиотоксинов;
способности организма (органа, клеток, ткани) накапливать радиоактивные вещества;
уровня процессов пролиферации;
времени суток;
величины дозы излучения и характера его действия;
периода онтогенеза;
фазы клеточного цикла

РАДИАЦИОННОЕ ПОРАЖЕНИЕ КЛЕТКИ ПРОХОДИТ РЯД ЭТАПОВ:
ПЕРВИЧНЫЕ РАДИАЦИОННО-ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ;
РАДИАЦИОННОЕ ПОРАЖЕНИЕ БИОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ОПОСРЕДОВАННОЕ УСИЛЕНИЕ РАДИАЦИОННОГО ЭФФЕКТА;
ВТОРИЧНОЕ ПОРАЖЕНИЕ ГЕНОМА;
ГИБЕЛЬ КЛЕТКИ.

Действие радиации на организм человека

Действие радиации на организм человека

Чувствительность организма человека к ионизирующему излучению

Эффекты малых доз ионизирующего излучения :
стимулируют рост, развитие, плодовитость, неспецифический иммунитет, общую сопротивляемость организма;
их воздействие осуществляется через регуляторные механизмы генетических и мембранных структур;
играют важную роль пусковых механизмов, при этом эффект мало зависит от количества поглощенной энергии и увеличивается при облучении дробными дозами (аккумуляция).

аддитивность (суммирование эффектов от каждого из факторов независимо от последовательности действия);
синергизм (результат совместного действия превосходит эффект, ожидаемый от суммированного воздействия);
сенсибилизация (потенцирование, усиление эффектов факторами, которые сами по себе эффекта не вызывают).
Сочетание ионизирующего излучения с другими экологическими факторами приводит различным реакциям комбинированого действия:

повышение температуры окружающей среды;
высокое содержание кислорода в тканях, усиливающее первичное поражение, но облегчающее пострадиационное восстановление;
воздействие ультразвука, мутагенов, ядов, канцерогенных факторов.
Факторы, усиливающие радиационное поражение:

изменение продолжительности жизни;
увеличение частоты возникновения злокачественных опухолей;
рост числа генетических болезней
Отдаленные последствия воздействия ионизирующей радиации на организм:

Доза в 1 Зв является удваивающей дозой (т.е. число мутаций возрастает в 2 раза по сравнению с воздействием естественного радиоактивного фона);
Мутирование начинается при дозе 0,1 Р/сут (0,001 Зв);
Летальные мутации начинают обнаруживаться уже при дозах 0,2 – 1 мР/ч (0,002 – 0,01 мЗв).

Стратегия пострадиационного восстановления организма:
а) в период острого радиационного поражения, нарастания радиационно-физических и радиационно-химических процессов:
перехват и инактивация радикалов;
создание условий, благоприятных для работы ферментов репарации ДНК (введение коферментов);
создание условий, благоприятных для восстановления молекул ДНК (введение субстратов для синтеза);
выведение радиотоксинов;
создание гипотермии;
создание гипоксии;

Стратегия пострадиационного восстановления организма:
б) в период вторичных нарушений биохимических процессов и опосредованного усиления радиационного эффекта, вторичного поражения генома и мембран:
перехват и создание условий для выведения радиотоксинов или условий, препятствующих их образованию;
ослабление активности протеаз и нуклеаз;
введение антиоксидантов или создание условий для их активации;
создание условий для ускорения синтеза и переноса липидов;

Стратегия пострадиационного восстановления организма:
в) в период гибели радиочувствительных популяций клеток:
активация деления резервного пула (например, стимуляция кроветворения);
активация процессов регенерации;
введение сингенных (генетически сходных) клеток заменителей;

Стратегия пострадиационного восстановления организма:
г) в случае усиления радиационного поражения генома при сочетанном воздействии других физических и химических факторов:
удаление физических и химических факторов, усиливающих радиобиологический эффект;
использование физических и химических факторов, ослабляющих радиобиологический эффект