Физиологические механизмы действия ионизирующего излучения на организм человека и животных

На современном этапе взаимодействия человека и окружающей среды особенно актуальными являются вопросы воздействия источников ионизирующего излучения природного и техногенного происхождения на живые объекты и изучение  механизмов биологического ответа [2, 5, 6, 7, 8]. Известно, что даже одинаковые дозы различных видов ионизирующего излучения оказывают на живые организмы разное действие [1, 3]. Поэтому опасно недооценивать губительное действие радиации на человека и животных, но в тоже время не следует, и переоценивать опасность малых доз ионизирующего излучения, сопоставимых с естественным радиационным фоном, изменяющим свои уровни в десятки и сотни раз в зависимости  от зоны и местности проживания [4, 9, 10,11].

Цель работы направлена на изучение физиологических механизмов влияния ионизирующего излучения на организм человека и животного.

В течение жизни все живые существа на Земле постоянно подвергаются воздействию ионизирующей радиации путём облучения. В том числе как за счёт действия естественных (космического излучения, природных радиоактивных веществ и др.), так и искусственных источников ионизирующих излучений (радиоактивные вещества образующиеся при ядерном, термоядерном взрыве, глобальные загрязнения, атомная энергетика и др.) из которых и формируется общий радиационный фон. 

Изучая физиологические механизмы биологического действия ионизирующих излучений на живой организм  можно отметить, что его рассматривают как: внешнее облучениеот источника, расположенного вне организма, которое в основном зависит от радиационного фона местности или от других внешних факторов.

И внутреннее облучение, обусловленное поступлением внутрь организма радиоактивного вещества, с пищей или водой (рисунок 1).

Установлено, что продукты питания, которые не соответствуют радиационным нормам, имеют повышенное содержание радионуклидов, поступают с пищей и становятся источником излучения радиации внутри организма. При этом значительную опасность представляют продукты питания и воздух, которые содержат  изотопы плутония и америция, способные обладать высокой альфа активностью.

Отмечено, что плутоний, выпавший в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС, является самым опасным канцерогенным веществом. Это объясняется тем, что внутреннее облучение альфа лучами имеет высокую степень ионизации и, следовательно, имеет большую поражающую способность для биологических тканей.  

Рисунок 1 - Пути воздействия радиации на организм

Поскольку проходя через вещество, положительно заряженная альфа-частица постепенно теряет свою энергию за счёт взаимодействия с электронами атомов, вызывая их ионизацию, при этом часть энергии теряется. В воздухе на 1 см пути альфа-частиц образуется до 250 пар ионов и при попадании в организм являются очень опасными как для человека, так и для животных, поскольку это плотно ионизирующие излучение. Одним из физиологических механизмов действия плутония и америция в организме человека и животных является путь через органы дыхания и результатом их биологического действия служит развитие патогенеза и клинических признаков лучевой болезни различной степени, а далее онкологии.

 При анализе ядерных испытаний в атмосфере, соотношение выпадения и ингаляции равно 2:1, то есть подавляющее большинство альфа-содержащих радионуклидов от испытаний ядерного оружия уходят в землю, не оказав влияния на человека и животных. Обнаружено, что в выбросах Чернобыльского следа наблюдались также частицы ядерного топлива, так называемые горячие частицы размером около 0,1 микрона. Эти частицы могут проникать ингаляционным путём в лёгкие и предоставлять опасность для человека и животных.

Изучая физиологический механизм действия ионизирующего облучения выявлено, что органы человека реагируют на поступившие в организм вещества исходя исключительно из химической природы последних, вне зависимости от того, являются они радиоактивными или нет. Химические элементы такие как натрий и калий, входят в состав всех клеток организма. Следовательно, их радиоактивная форма, введённая в организм, будет также распределена по всему организму. Другие химические элементы имеют склонность накапливаться в отдельных органах, как это происходит с радиоактивным йодом в щитовидной железе или кальцием в костной ткани представлять серьёзную опасность. В экспериментах на лабораторных животных - крысах установлено, что самым радиорезистентным органом у взрослых особей считается печень.

Непосредственных морфологических изменений в клетках интактной печени взрослых крыс не удаётся обнаружить при дозах локального однократного облучения до 15 Гр (грей), оценка радиочувствительности клеток печени крыс к интерфазному поражению составляет до 90 Гр.

Таким образом, живой организм человека или животного не имеет способности ощущать, что он получает радиацию, при этом  действие радиации аккумулируется в организме, хотя ткани и органы имеют разную радиочувствительность к облучению. Наиболее уязвимы красный костный мозг, гонады, кишечник и лёгкие. Менее восприимчивы печень, мышцы и другие внутренние органы.