Биологическое воздействие излучения

В последние годы заметно увеличилось внимание к вопросам безопасности и воздействия на окружающую среду ядерных реакторов. В странах запада строительство ведется в условиях жесткого контроля уполномоченных органов и общественности. Это связано с различными аспектами ядерной энергетики, в том числе такими, как возможность распространения ядерного оружия. Однако, основная полемика сосредоточена вокруг потенциально возможного воздействия ионизирующего излучения на население, не только в результате аварий, но даже и при нормальной работе реакторов, поскольку практически невозможно полностью остановить утечки радиоактивности в окружающую среду.

Для того чтобы оценить потенциальную опасность, связанную с утечкой радиоактивности, прежде всего, необходимо рассмотреть влияние ионизирующего излучения на организм человека и других высших млекопитающих животных, вред которым в рассматриваемой уникальной среде Крайнего Севера будет непоправимым.

Воздействие ионизирующего излучения на живые организмы связано с повреждениями образующих клетки молекул вследствие воздействия на них потоков заряженных частиц. Эти повреждения классифицируются как соматические и генетические. Соматические повреждения – это повреждения, возникающие непосредственно в облученном организме, а генетические повреждения затрагивают половые клетки (гаметы) и поэтому могут влиять на будущие поколения.

Чтобы понять механизм воздействия ионизирующего излучения на живой организм, необходимо рассмотреть структуру и функции клетки. Почти все клетки состоят из ядра, окруженного ядерной оболочкой, которая отделяет его от цитоплазмы. Цитоплазма окружена клеточной мембраной, формирующей внешнюю границу клетки. Цитоплазма и содержащиеся внутри нее органоиды, ответственны за обмен веществ в клетке, то есть образование белков и удаление продуктов распада.

Ядро ответственно за управление метаболической активностью клетки, которое осуществляется хромосомами – нитевидными образованьями, состоящими из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), то есть из цепочки генов.

Передача энергии клеточному веществу происходит в результате ряда последовательных взаимодействий излучения с отдельными молекулами. Т.е. взаимодействия заряженных частиц с молекулами биологической ткани, в которую они глубоко проникают. Глубина эта зависит от типа заряженной частицы. Альфа частицы поражают внешние слои, бета-излучение – проникает глубже, а гамма частицы проникают на достаточную глубину ткани, чтобы поразить жизненно-важные органы. Таким образом, в сумме пораженными оказываются не только внешние слои ткани, но и достаточно толстый слой клеток. При этом энергия, передаваемая молекулам при каждом взаимодействии, относительно велика. А поскольку результат воздействия ионизирующего излучения напрямую зависит от поглощенной единицей массы облученной ткани (так называемая поглощенная доза излучения), то и относительно небольшое количество энергии, проникшее в тело в форме такого излучения, может вызвать значительное повреждение клеток.

(слайд 9)

Биологические воздействия ионизирующего излучения можно разделить на прямые и косвенные. При прямом воздействии прохождение заряженной частицы вызывает разрыв химических связей в биологически важной молекуле, такой как белок или нуклеиновая кислота. При этом нормальное функционирование молекулы может нарушаться. Косвенное воздействие связано с разрушением более простых молекул, например воды. Что приводит к появлению химически активных ионов. При этом речь идет не только о том, что при дальнейшей миграции этих ионов в клетке могут быть задеты более сложные элементы, но в результате их рекомбинации могут образовываться химические яды, перекись водорода к примеру.

При облучении клетки наиболее чувствительны к радиационным повреждениям макромолекул ДНК. Эти молекулы состоят из генов и образуют хромосомы, управляющие всей деятельностью клеткам. Выражается эта чувствительность в том, что значительно ускоряется, по сравнению с естественными темпами, процесс мутаций. Мутации – это «запрещенные» соединения, возникающие в молекуле ДНК при делении клетки (при этом процессе происходит разделение молекул носящих наследственную информацию на две новых клетки, и этот процесс требует однозначности связей между азотистыми соединениями). Такие мутации, естественно, неблагоприятны, поскольку могут произойти в гене, управляющем выработкой какого-либо жизненно необходимого фермента. В таких условиях поврежденная клетка оказывается не жизнеспособной и быстро умирает, потому в случае, если доза облучения была высока, то количество погибших клеток настолько возрастет, что это приведет к образованию опасных и обширных повреждений органов тела.

Но это не единственная опасность. Даже если доза излучения не была достаточно высока, чтобы привести к смерти из-за обширного повреждения клеток, определенное запаздывающее воздействие все же может проявиться в течение жизни облученного организма. Как первоочередные можно выделить уменьшение продолжительности жизни и увеличение вероятности раковых заболеваний. Последний эффект, если он возникает, проявляется только после латентного периода, который может длиться годами. Особая опасность подобного проявления в том, что истинный механизм канцерогенного воздействия излучения до сих пор не ясен. Он может быть обусловлен мутациями внутриклеточных вирусов и эти мутации могут передаваться многие поколения вирусов, до появления в организме клинических наблюдаемых изменений (рост раковых клеток).

Помимо вреда, который приносит облучение непосредственно подвергшемуся организму, существуют последствия которые отражаются и на последующих поколениях. Повреждение зародышевых клеток, которые дают начало гаметам, может привести при оплодотворении к образованию мутантной зиготы. Во многих случаях эти мутации будут летальны и приведут к немедленной гибели зиготы. В других случаях мутант может выжить в течение эмбрионального периода, но при этом у него могут развиться физические недостатки, такие как альбинизм к примеру. Почти все мутации вредоносны и приводят к уменьшению продолжительности жизни организма. В конечном счете мутанты погибают в ходе естественного отбора.