НАРУШЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМА ПРИ БИОЛОГИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ РАДИАЦИИ
Под биологическим действием ионизирующих излучений понимают их способность вызывать функциональные и анатомические изменения в клетках, тканях, органах и организме в целом. Биологическое действие ионизирующих излучений является результатом возбуждения и ионизации атомов живой материи. Заряженные частицы и фотоны, проходя через ткани животного организма, вызывают возбуждение атомов и распад их на отрицательно заряженные частицы — ионы. Следовательно, в результате прямого действия радиации в клетках и тканях образуются возбужденные и ионизированные атомы и молекулы, обладающие высокой химической активностью. Их появление и влияние на различные компоненты клетки выражают начальный этап развертывания биологического эффекта. При этом изменяются не только те молекулы и клетки, которые вступили в непосредственное взаимодействие с частицами и фотонами, но и многие другие. Радионуклиды обладают различной биологической эффективностью и по своему биологическому действию различаются между собой в зависимости от вида, энергии излучения, периода полураспада, величины всасывания, накопления и скорости выведения из организма. Энергия от клеток, поглотивших ее, передается клеткам, не подвергавшимся облучению, т.е. происходит миграция энергии. В результате воздействия ионизирующего излучения на организм человека в тканях происходят сложные физические, химические и биологические процессы. Если воздействию подвергалось мало клеток, то процесс может быть обратимым, т.е. химическая структура тканей восстанавливается, вредные продукты удаляются, функция клеточных популяций нормализуется. В противном случае процесс оказывается необратимым: в тканях развиваются дистрофические и некробиотические (омертвления) изменения и живой организм погибает. Основную по объему и весу часть состава ткани живого вещества человека составляет вода (60—70 % веса тела) и углерод. В процессе радиолиза в воде организма возникают молекулярные ионы, которые под воздействием излучения расщепляются (диссоциируют) на активные радикалы — водород Н и гидроксильную группу ОН. Дальнейшие реакции ведут к появлению в тканях соединений пероксидного типа — гидратный оксид и перекись водорода Н202. Эти соединения при нормальных физиологических условиях в организме не встречаются. Все эти активные соединения взаимодействуют в клетках и тканях с молекулами растворенных в воде веществ, т.е. происходят первичные радиационно-химические реакции. Белковые молекулы также претерпевают под влиянием ионизирующего излучения различного рода изменения: молекула белка под действием фотона разрушается и распадается на аминокислоты (фотолиз белка) с образованием токсических гистаминоподобных соединений. Таким образом, ионизирующие излучения вызывают физико-химические изменения и в клетках и межклеточном веществе, а также происходит изменение ферментов, которые играют в организме роль катализаторов биохимических реакций. Распад молекулы фермента сопровождается нарушением нормального хода соответствующих биохимических процессов. Особую роль играет нарушение деятельности дыхательных ферментов, приводящих к расстройству тканевого дыхания. Клеточные ядра теряют способность синтезировать определенные типы белка, вследствие чего нарушается процесс ре-дублирования сложных макромолекул, что приводит к поражению нуклеиновых кислот и, особенно, дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Без синтеза ДНК невозможно митотическое деление клеток и клеточное размножение. Результатом нарушения редублирования белковых молекул являются мутации — возникновение дочерних клеток с измененными свойствами. Под действием радиации изменяется течение белкового, углеводного, липоидного и холестеринового обмена веществ. В формировании биологического эффекта особое значение имеет деятельность интегрирующих систем организма — нервной системы, тесно связанного с ней эндокринного аппарата и тела, а затем и смерть, превышает смертельную поглощенную дозу облучения всего тела. Смертельные поглощенные дозы для отдельных частей тела следующие: голова — 20, нижняя часть живота — 30, верхняя часть живота — 50, грудная клетка — 100, конечности — 200 Гр. Ионизирующие излучения в соответствии со своей проникающей способностью (Рис. 2.14) вызывают биологические изменения в организме как при внешнем (источник находится вне организма), так и при внутреннем облучении (радиоактивные вещества попадают внутрь организма пероральным или ингаляционным путем). Радиоактивные вещества могут поступать в организм через органы дыхания, пищеварительный тракт и кожу. При аварийных ситуациях и в чрезвычайной обстановке возможно проникновение радионуклидов через царапины, раны и ожоговую поверхность. На рис. 2.15 схематически показаны возможные пути поступления, обмена и выделения радионуклидов из организма. Наиболее вероятным источником возможного поступления радиоактивных веществ в организм человека являются воздух, загрязненный радиоактивными газами и аэрозолями, а также продукты питания. Поэтому поступившие в воздух радиоактивные вещества в виде радиоактивных газов, пыли тумана или дыма легко осаждаются в органах дыхания. Поверхность легких (около 50 м2) является эффективным адсорбционным фильтром. При наличии во вдыхаемом воздухе радиоактивных веществ определенная часть остается в дыхательном тракте. Осаждение и локализация радиоактивных частиц в органах дыхания зависит от их размера, частоты дыхания и минутного объема. При этом осаждение происходит вследствие инерционного осаждения, под влиянием силы тяжести (седиментация) и диффузии количественной оценки отложенных радиоактивных аэрозольных частиц в дыхательном тракте применяется коэффициент отложения или задержки, характеризующий долю частиц, отложившихся на участках дыхательного пути. Осаждение радиоактивных частиц в органах приводит к облучению участков дыхательного тракта, легких и лимфатических узлов, а также последующему проникновению через кровяное русло в определенные органы и ткани. После отложения в верхних дыхательных путях, на слизистой трахеи бронхов радионуклиды с помощью мерцательного эпителия переводятся в глотку и ротовую полость, откуда поступают в желудок, а в дальнейшем ведут себя, как и при пероральном (через ротовую полость) поступлении. Инертные радиоактивные газы, попав через легкие в кровь удаляются из организма постепенно и полно. Все радиоактивные химические элементы и их соединения по скорости времени выведения из организма и, особенно, из легких разделены на три класса: Д—дни, Н—недели, Г—годы. Наиболее медленно, с периодом полувыведения более одного года, удаляются из легких радионуклиды меди, серебра, ш лота, цинка, кадмия, иттрия, актиния, циркония и другие. Часто критическим органом по облучаемости становятся легкие, и это обстоятельство учитывается при разработке норм предельно допустимого содержания радионуклидов в воздухе. Радиоактивные вещества поступают в организм также через кожные покровы. Имеются радионуклиды, которые проникают не только через всевозможные ссадины, порезы и наколы, но и через неповрежденную кожу. Проницаемость кожи для радиоактивных веществ зависит от агрегатного состояния радионуклидов, склонности их к гидролизу и комплексообразованию, кислотности раствора радионуклида и состояния кожного барьера. В результате механического удержания и физико-химических процессов радиоактивные вещества могут прочно фиксироваться на поверхности кожи. Основное значение в механизме фиксации имеют: 1) адсорбция на поверхностных структурах кожи; 2) простое механическое осаждение, в основе которого лежат силы адгезии, электростатическое притяжение и другие физические силы сцепления; 3) химическое взаимодействие с биохимическими компонентами (хемосорбция, образование комплексных соединений, ионный обмен и т.п.). Барьерная функция кожи определяется роговым слоем эпидермиса, повреждение которого способствует беспрепятственному прохождению в подлежащие ткани активных веществ. Проникновение радиоактивных веществ также выделения радионуклидов может быть различной. Уменьшение содержания радиоактивного вещества в организме происходит не только вследствие его выведения, но и благодаря радиоактивному распаду, что особенно характерно для короткоживущих радионуклидов: иода-131, натрия-24, фосфора-32. Биологическое выведение и радиоактивный распад — это два независимых процесса. Время, в течение которого из организма выделяется половина однократно поступившего радионуклида, называется биологическим периодом полувыведения (Тб). Фактическая же убыль радионуклида в организме измеряется эффективным периодом полувыведения (Тэф). Это время, в течение которого организм освобождается от половины депонированного в нем радионуклида как путем биологического выведения, так и вследствие радиоактивного распада. Для долгоживущих радионуклидов Тэф в основном определяется биологическим выведением. Эффективный период полувыведения зависит от вида химического соединения радионуклида, особенностей его распределения, поступившего количества, функционального состоя пня органов, типа, пиво количества или концентрации (уровни) некоторых веществ, либо скорости (темпы) протекания физиологических процессов, в том числе — скорости биохимических реакций. Темпы этих процессов и уровни поддержания состава веществ в организме регулируются целой системой механизмов через определенные исполнительные органы. Например, окислительные процессы в тканях управляются целенаправленными изменениями дыхательного объема, жизненной емкости легких, объема резервного воздуха, глубины вдоха, частоты дыхания, ударного объема сердца, частоты сердечных сокращений, объемной скорости кровотока, величины сопротивления сосудов, количества гемоглобина в крови, величины кислородной емкости крови. |
Скачать 80.69 Kb.