Реферат на тему:

Біологічна дія іонізуючого випромінювання

Природа дії іонізуючого випромінювання на живу речовину досить складна
і багатопланова. Проаналізуймо послідовно всі стадії цієї дії.

Перша стадія практично миттєва. З наведеного порівняно легко уявити, що
відбувається в нашому тілі після розпаду одного з радіонуклідів.
Найчастіше викинутий з великою швидкістю агент (а, (З чи у) мчить,
лишаючи позаду рідкий (у і (3) чи густий (а) ланцюг з іонів, пошкоджених
молекул, збуджених фрагментів останніх тощо. Більшість цих ефемерних
утворень короткий час мають аномальну здатність до невластивих для
нормальних молекул реакцій. Не дивно, що вони отримали відповідну
(наукову) назву: радикали. Радикали є первинним продуктом опромінення,
утвореним на першій («миттєвій») стадії розвитку біологічного
пошкодження.

Друга стадія теж нетривала, бо утворені активні фрагменти негайно
вступають в реакції (переважно окислювальні), утворюючи вторинні
продукти, що являють собою змінені чи деформовані білки й інші важливі
біомолекули. Насичення киснем живої тканини на цій стадії посилює її
пошкодження радіацією, а відсутність його підвищує опірність тканини й
організму до дії іонізуючого випромінювання.

Серед радіопротекторів (речовин, які «захищають» від радіації будь-яким
способом) є субстанції, прийом яких внутрішньо знижує вміст кисню у
тканинах людини, їх треба вводити до опромінення, а не після нього.

Вторинні продукти є своєрідною отрутою. Хоч їхня маса невелика, та вони
істотно порушують ніжний і точно настроєний механізм молекулярних
реакцій всередині наших клітин. Останні особливо вразливі до дії
вторинних продуктів у критичний (заключний) момент підготовки до поділу
й утворення нової клітини. Зовнішнє втручання у цей вирішальний для
продовження життя момент особливо небажане.

Боротьба клітин з вторинними продуктами є третьою стадією розвитку
шкідливої дії іонізуючого випромінювання. У межах можливого (ресурсів і
наявного часу до моменту поділу) клітина одночасно намагається
нейтралізувати шкідливі речовини і відремонтувати (здійснити репарацію)
пошкодження.

Хоч «біоремонт»— процес надто складний, та мільярди років еволюції
поступово створили кілька способів такого ремонту. Один з них передбачає
навіть репарацію такої великої й унікальне важливої молекули, як ДНК,
вже за 15 хвилин ліквідовуючи половину іонізаційних пошкоджень.

Третя стадія триває від секунд до тижнів (залежно від темпу репарації і
поділу клітин). На цій стадії найбільше страждають клітини, що швидко й
часто поділяються: клітини ембріонів, червоного кісткового мозку,
лімфатичних тканин, статевих залоз тощо. Саме вони найчутливіші і
першими пошкоджуються у нашому тілі.

Найбільшу опірність дії радіації виявляють ті наші клітини, які взагалі
не поділяються або роблять це надзвичайно рідко: великі нервові клітини,
кістки, хрящі тощо.

Якщо іонізуюче випромінювання діє безперервно з малою інтенсивністю
(типу природного фону), то ремонтні служби клітин встигають ліквідувати
всі (або майже всі) пошкодження. Це відповідає нормальному способу
життя, стабільному стану здоров’я.

Наслідки одноразового інтенсивнішого опромінення можуть бути
нейтралізовані самими клітинами без помітної шкоди для всього організму.
Якщо ж рівень іонізаційного пошкодження істотно перевищує «ремонтну
потужність» клітин, уникнути розвитку біологічного ураження на
наступному етапі вже не можна.

Четверта (остання) стадія біологічного ушкодження не має чітко
виявленого закінчення. Для конкретної особини ця стадія закінчується її
прискореною чи «нормальною» смертю, а для її виду триває і далі, бо
уражена особина могла передати ушкоджені гени потомству. Остання стадія
радіаційного ураження теж характеризується боротьбою за виживання,
тільки цього разу весь організм намагається знищити пошкоджені радіацією
клітини (а вони можуть навіть зумовити появу ракової пухлини), замінивши
їх здоровими. Цим займається, як відомо, імунна система організму. Що
сильніший радіаційний удар, то менше у неї шансів перемогти і
ліквідувати його наслідки.

Розглянемо співвідношення між кількістю поглинутої променевої енергії і
наслідками променевого ураження.

Основи дозиметрії

Кінцевий результат поглинання організмом іонізуючого проміння залежить
від багатьох чинників, але насамперед — від кількості енергії, яка
виділилася в ньому.

Тому у дозиметрії основним поняттям є «поглинута доза» D (часто його
скорочують до одного слова «доза»). Вона визначається як відношення
всієї поглинутої енергії Е до маси речовини т, у якій вона спричинила
іонізацію і радіоліз (радіаційний розклад) молекул: D = Elm (Дж/кг =
Гр). (9.2)

Одиницею дози є грей, названий на честь англійського фізика С. Грея,
одного із засновників радіаційної дозиметрії.

Якщо людина отримує дозу 1 Гр, то в кожному кілограмі її тіла іонізуючі
агенти виділять енергію 1 Дж. Стільки ж енергії виділяє камінь масою 1
кг, впавши з висоти 10 см. Тому може видатися, що це незначна енергія і
шкідливі наслідки малоймовірні, адже тіло нагріється лише на 0,00024 °С.

На жаль, це не так, і така доза негативно позначається на здоров’ї.
Причиною є особлива токсичність вторинних продуктів дії радіації,
своєрідне біологічне посилення фізичної дії іонізуючого випромінювання .

З огляду на особливості всіх видів випромінювання можна чекати різної
шкідливості однакових доз кожного з них. Експерименти підтверджують це
припущення: поглинутий тілом джоуль енергії а-частинок майже у 10 разів
шкідливіший від аналогічної енергії (3-частинок чи у-променів. Тому
вважають, що коефіцієнт якості (фактично, шкідливості) а-частинок ka =
10, а pi-частинок і у-променів відповідно kg = 1, k = 1.

Якщо врахувати цю неоднакову «ефективність» різних іонізуючих агентів,
то можна запровадити «ближчу до суворої прози життя» так звану
еквівалентну дозу, її позначають Н і вимірюють у зіеер-тах (Зв),
названих так на честь шведського вченого Р. Зіверта.

Тут використано припущення, що біодії окремих агентів лише додаються, а
не перемножуються з додатковим посиленням їх спільної дії. Експерименти
свідчать, що суттєві відхилення від формули (9.3) і

припущення про підсумовування спостерігаються рідко. Причиною відхилень
може бути аномальний стан особи, приймання нею наркотиків, інтенсивне
куріння тютюну та інші негативні впливи індивідуального характеру.

Зіверт не став загальновживаною і поширеною одиницею. Традиційно дотепер
використовується бер (біологічний еквівалент рада). Не розглядатимемо
деталей його появи і причини такої назви, а тільки зазначимо, що зіверт
у сто разів більший за бер, отже, 1 Зв = 100 бер.

Окрім еквівалентної дози існує ще «детальніша» ефективна еквівалентна
доза, яка теж вимірюється у зівертах, але додатково враховує під час
повного опромінення тіла велику вразливість статевих органів і червоного
кісткового мозку та значно меншу решти тіла. Надалі ми
використовуватимемо лише зіверт і бер.

Хоч зв’язку з дозою в берах (Зв) та рівнем пошкодження особи радіацією
не встановлено так добре, як для лабораторних тварин, та все ж за роки
ближчого знайомства (як правило, небажаного, під час аварій) з
іонізуючим випромінюванням вчені поступово нагромадили достатньо
інформації (табл. 32).

Таблиця 32 Наслідки одноразового опромінення всього тіла людини

Еквівалентна доза Наслідок радіаційного удару

зіверт бер

1000 100000 Смерть за хвилини після опромінення

100 10000 Смерть за години після опромінення

10 1000 Смерть за дні після опромінення

7 700 90 % смертності за кілька наступних тижнів

4 400 Напівлегальна доза (50 % смертності за наступні місяці)

2 200 1 0 % — смертність у наступні місяці

1 100 Легка променева хвороба з виліковуванням Збільшення ймовірності
смерті від раку Стерилізація чоловіків на 2-3 роки, жінок — назавжди

0,25 25 Максимальна доза (рівень допустимого ризику в екстремальних
умовах)

0,1 10 Рівень подвоєння природної кількості генних мутацій Помітна
тимчасова зміна характеристик крові

0,05 5 Максимальна допустима річна доза для осіб, які працюють з
Іонізуючим випромінюванням

0,002 0,2 Поширене для поверхні Землі значення річної дози від наявних
природних джерел випромінювання

Людина належить до найчутливіших до радіації видів істот. При переході
від теплокровних до холоднокровних, а потім до простих і

найпростіших істот стійкість до дії іонізуючого випромінювання чимраз
збільшується, сягаючи максимуму в бактерій. Були випадки, коли вони
розкошували в активній зоні ядерних реакторів зі сприятливою для них
температурою води.

Відомо, що людина не має органів чуттів з такою самою чутливістю до
у-променів, яка притаманна очам до фотонів видимого світла. Ми не
реагуємо на іонізуюче випромінювання. Лише тоді, коли його інтенсивність
значно перевищує смертельний поріг, ніс вловлює озон, утворений
радіацією з кисню повітря. Вчені вважають, що така «неозброєність» живих
істот є наслідком непотрібності таких органів. Мабуть, у минулому в
історії Землі жодного разу не виникали надовго умови з небезпечним для
всіх (чи для більшості) видів рівнем радіаційного поля.

Знання дозиметрії давалися людям дуже дорого. Понад сто лікарів, які
першими постійно використовували рентгенівські апарати для медичної
діагностики, один за одним загинули від променевої хвороби. Лише завдяки
створенню систем захисту (свинцеві екрани) і чутливих до іонізуючого
випромінювання приладів (лічильників, датчиків, дозиметрів) вдалося
порівняно безпечно застосовувати корисні ефекти радіації.

Першою одиницею «старої» дозиметрії був згаданий вище рентген, що
означав таку дозу поглинутої сухим повітрям променевої енергії, яка
достатня для створення у кожному його кубічному сантиметрі 2,08 млрд пар
однозарядних іонів. Відтак, інтенсивність 1 Р/год означає, що за годину
набігає доза 1 Р, за добу — 24 рентгени.

Якщо знехтувати незначними деталями, то рентген виявляється дещо меншим
від бера:

1 Р = 0,877 бер.

В описах аварії на ЧАЕС та в інших публікаціях постійно зазначається
інтенсивність поля радіації у частках Р/год. Наприклад, якщо вона
дорівнювала 200 млР/год (0,2 Р/год), то за робочу зміну людина в такому
полі отримувала 8 • 0,2 • 0,877 бер =1,4 бер.

Слід зазначити, що до квітня 1986 р. інтенсивність природного
радіаційного поля у різних місцях України була в межах 10-40 мкР/год
(0,00001-0,00004 Р/год).

Тепер поле подекуди сильніше.

Про біологічний вплив малих доз

Проблема точного визначення наслідків впливу на людину малих доз була і
залишається актуальною і не розв’язана до кінця. На жаль, окрім
наукового значення і змісту вона з самого початку була «забарвлена»
політичними та ідеологічними аспектами.

Наприклад, кілька десятиліть з політичних міркувань у Радянському Союзі
висвітлення питань біологічної дії іонізуючих випромінювань було і
неповним, і одностороннім. Аж до його розпаду нічого не повідомлялося
про нещастя, аварії і катастрофи, рівні забруднення і ризику для
населення. Мотивація була досить «оригінальною», бо мовчання
виправдовувалося гострою потребою захистити людей від радіофобії,
небезпечної панічної поведінки, неврозів, розладів психіки тощо.

Водночас у пресі й науково-популярній літературі настійно
наголошувалося, що навіть одинична швидка і заряджена частинка може
спричинити непоправне пошкодження молекули ДНК і народження нащадка з
невиліковними генетичними дефектами. Ці пояснення обов’язково
закінчувалися «науково обґрунтованою» критикою мілітаристів-американців
за ядерне бомбардування Японії у 1945 році, за випробування ядерної
зброї тощо. Замовчувалися власні надвипробування і забруднення, зате
американців «авторитетно» зараховували до «поганих», себе — до «гарних».

У шкільному курсі фізики кілька уроків відводилося на виклад питань
ядерної фізики, критику США, але не давалося жодних знань з основ
дозиметрії, не формувалося правильного уявлення про дію іонізуючого
випромінювання на людину. Утримування практично всього населення у
мороці незнання дуже придалося керівництву СРСР у момент катастрофи на
ЧАЕС, коли сотні тисяч людей було свідомо піддано комплексному обстрілу
усіма можливими видами випромінювання. Досить було пообіцяти подвійну чи
потрійну зарплату, щоб позбавлені найменшого уявлення про справжній
рівень небезпеки робітники, шофери, навіть інженери погоджувалися на
несподівані «заробітки».

За кордоном рівень знань населення був не набагато вищий, ніж в СРСР, бо
там більшість взагалі не вивчала ядерної фізики в школі чи ліцеї.
Головною їхньою перевагою було те, що в розвинених країнах ті, хто
бажали, могли легко знайти правдиву інформацію і про ядерні
випробування, і про можливий вплив на довкілля ядерних електростанцій та
інших пристроїв з радіонуклідами.

Втім, і там не все було так добре. За роки глобального змагання з СРСР і
його «табором» у США та інших країнах сформувався численний загін осіб,
які були економічно зацікавлені і у виробництві ядерної зброї, і в
розширенні ядерної енергетики. Хоч порівняно демократичний устрій цих
країн давав голос і критикам такого підходу, та не вони вирішували
глобальні політичні питання.

Ще далі від важелів управління було населення західних країн, думка
якого аж до останніх років у таких питаннях, як доцільність того чи
іншого типу реакторів чи ядерної зброї, вважалася, як мінімум,
«некомпетентною», як максимум — «дитячою» і не вартою уваги «справжніх
фахівців».

Оскільки швидко змінити усталені уявлення сотень мільйонів людей
неможливо, то, на думку авторів, змальована тут ситуація з невеликими
змінами існує й зараз. Ці зміни внесла катастрофа на ЧАЕС і про них
ітиметься далі.

Звернімося до проблеми малих доз і визначення межі, або порога, реальної
небезпеки для здоров’я як однієї особи, так і всього людства з боку
іонізуючого випромінювання довільного походження.

«Малими» умовно називають дози, які в 2-3-4 (5?) разів перевищують
отримані населенням різних ділянок поверхні Землі внаслідок зовнішнього
і внутрішнього опромінення, спричиненого наявними у довкіллі природними
радіонуклідами.

Уже на цій стадії виникають перші ускладнення. Практично немає
авторитетної критики даних, які входять у наведену таблицю, для джерел
природного іонізуючого випромінювання та їх відносного значення, а також
для середньої дози за рік для майже всіх людей на Землі (табл. 33).

Таблиця 33 Джерела і дози природного опромінення людини

Джерело опромінення Доза, бер/рік Частка цього джерела у річній дозі, %

Радон 0,09-0,11 45-55

Калш-40 0,024-0,036 12-18

Космічні промені 0,028 14

Уран + радій 0,026 13

Торій + радій 0,016 8

Разом 0,20 100

Немає переконливих заперечень і того, що лише третину (приблизно 0,065
бер) повної дози утворюють зовнішні джерела, а 2/3 —

ті радіонукліди, що розпадаються всередині нашого тіла: калій-40 у
м’яких тканинах, радій — у кістках, радон — у легенях.

Певне уявлення про місце і кількість щосекундних розпадів радіонуклідів
у нашому тілі та про зовнішнє опромінення за цей короткий час дає рис.
37.

Проблемою є рівні перевищення наведеної середньої дози в багатьох місцях
Землі. Справді, вона у 2-3 рази більша у багатьох гірських зонах (виходи
збагачених ураном порід і посилення потоку від позаземних джерел). На
меншій площі спостерігається ще більша середня річна доза для постійного
населення з десятків тисяч осіб. Добре відома «торієва смуга» у штаті
Керала (Індія), де подекуди дози сягають 0,8-1,2 бер. У Бразилії (зона
міста Гуа-напара) ще більше: від 1,5 до 2 бер. Під час інтенсивних
пошуків родовищ урану і торію геологи знайшли місця локального
перевищення середнього природного фону мало не в кожній країні (відомі
такі зони й на території України).

Уважне дослідження стану здоров’я населення цих «опромінюваних»
місцевостей і порівняння зі здоров’ям сусідів, що живуть у тих же
кліматичних умовах, але в слабшому радіаційному полі, не виявило
помітного негативного впливу підвищеного в кілька разів природного фону
іонізуючої радіації. Саме ця обставина й ускладнює визначення «малих»
доз, встановлення тієї порогової дози, розпочинаючи з якої чітко
виявляється негативний вплив радіації природного типу на здоров’я людей.

Однозначної і загальновизнаної відповіді на ці питання немає і дотепер.
Є навіть підстави вважати, що її можуть і не знайти до того (вже
близького) моменту, коли людство змушене буде вибирати шляхи — йти далі
«разом з радіацією», потроху нарощуючи рівень радіаційного поля, чи
відмовитися від виробництва і використання всіх штучних радіонуклідів.

Рис. 37. Кількість, види розпадів щосекунди (природний фон)

Складність вибору ще й у тому, що наші знання з радіобіології дотепер
неповні. Висновки з малої кількості фактичних даних явно неоднозначні й
суперечливі через брак і неповноту інформації.

Логіка й послідовність міркувань, звичайно ж, є певною силою, але люди
вже не раз обпікалися і під час опори на «здоровий глузд», і під час
використання науки. Втім, чимало людей не поспішають сприймати «логіку»,
керуючись власними почуттями, інтуїцією, емоціями. Записувати їх у
«дилетанти» й ігнорувати їхню думку, на наш погляд, аж ніяк не можна.

Звичайно, ідеальним був би варіант надати кожному громадянинові
якнайповнішу інформацію про найтонші особливості дії слабкого
іонізуючого випромінювання. Це, на нашу думку, допомогло б всім
полегшити вибір, зробити його точним, свідомим і обґрунтованим.

Спробуємо надати читачам таку інформацію як базу для власних рішень.

Експерти сходяться на тому, що абсолютно екологічно безпечною є повна
відсутність іонізуючого випромінювання. Та спроба досягти такого стану
найближчого довкілля людини є лише мрією без шансів здійснитися у
майбутньому. Причина полягає у великому поширенні природних
радіонуклідів, їх «розпорошеності» і, почасти, безперервному утворенні
нових нестійких ядер під впливом космічного проміння.

В оцінюванні характеру впливу малих доз на людину фахівці поділяються на
дві групи. Перша обстоює ту думку, що природний фон шкідливий для
людини, а його посилення вдвічі внаслідок радіонуклідних викидів з АЕС
та інших установок збільшить цю шкоду як мінімум вдвічі (можливо, у 3-4
рази). Аргументація цієї групи спирається не на прямі вимірювання чи
експериментальні підтвердження такого посилення негативного впливу
радіації на населення, а на логіку й сучасне уявлення про стадії
біологічної дії іонізуючого проміння на живу речовину.

Отже, перша група категорично відкидає будь-яке порушення природного
радіаційного поля, виступає проти як концентрованих, так і дифузних
викидів навіть малих кількостей створених людьми радіонуклідів. На
практиці це означає закриття ядерних електростанцій, майже повне
припинення використання ізотопів і всіх ядерних технологій.

Друга група менш однорідна і додатково може бути поділена на
«оптимістів» та «поміркованих». Спільним для них є допущення можливості
збереження ядерної енергетики й технологій за певних умов, а також
припустимість модифікації природного радіаційного фону. Зазначені
підгрупи розходяться насамперед у визначенні знака дії малих доз та
рівня допустимості збільшення радіаційного фону середовища проживання
людей.

«Оптимісти» вважають, що природна радіація — благо для біосфери загалом,
а отже й для людства. Хоч їх аргументація досить широка, ми обмежимося
найсуттєвішим:

• медики не виявили ознак погіршення здоров’я аборигенного населення зон
з 3-4-, навіть 8-кратним перевищенням середнього значення природного
радіаційного фону. Відтак, такі умови не можна вважати несприятливими
для людини;

• наявність у живих істот репараційних структур, спеціалізованих на
усуненні радіаційних пошкоджень, «потребує», щоб вони, образно кажучи,
«мали роботу» (система, яка «не працює», ліквідовується і знищується
самим організмом!). Відомо, що нормальна і збалансована робота всіх
систем нашого тіла є обов’язковою умовою міцного здоров’я. Відключення,
ослаблення чи повна ліквідація репараційних структур небезпечна сама по
собі. Вона нерозумна й у віддаленій перспективі, бо існує, хай і дуже
мала, ймовірність несподіваного посилення потоку космічних променів.
Погодьтеся, що на такий екстремальний випадок краще мати якнайпотужніші
структури усунення радіаційних пошкоджень;

• еволюція біосфери від «простого до складного» відбувалася через генні
мутації, а останні, як відомо, викликаються багатьма чинниками. Серед
них чи не найбільше значення належить дії проміння природних
радіонуклідів. Кожний вид має певну кількість особин з генними
відхиленнями, у решти гени мають «помилки» меншого значення. Ця природна
різноманітність особин багато важить для виживання виду, коли швидко й
істотно змінюються умови довкілля.

Генетики вважають, що кожний вид платить своєрідний «податок» у вигляді
невеликої кількості дефектних організмів, поява яких частково спричинена
дією радіонуклідів, за потрібну різноманітність, готовність до змін, до
боротьби за виживання.

Отже, «оптимісти » переконані, що немає ризику значної шкоди здоров ‘ю
людства в близькому чи далекому майбутньому від підвищення природного
радіаційного фону в кілька разів. Проте, і це важливо, таке збільшення
не повинно порушувати його рівномірності, призводити до появи нових
видів променів, локального великого підвищення фону, концентрації
радіонуклідів в окремих видах найпростіших, рослинах чи тваринах.

Підгрупа «поміркованих» не наголошує на «обов’язковості і корисності»
природного радіаційного фону і спирається насамперед на відсутність
помітної шкідливості його дії на людей, залучаючи дані про застосування
лікарями контрольованої кількості радіонуклідів (типу радонових вод
тощо) у санаторіях і лікарнях.

Вони, як і «оптимісти», вважають можливим техногенне підвищення
радіаційного фону на поверхні Землі, але невелике, приблизно до рівня
0,5 бер на рік (за умови збереження однорідності та інших згаданих вище
характеристик).

На думку «поміркованих «, доза 35 бер за все життя людини не призводить
до якихось помітних шкідливих наслідків. Якщо саме такою ціною можна
буде розв’язати всі енергетичні проблеми цивілізації, уникнути
«парникового ефекту «, врятуватися від голоду і колапсу, то суворо
контрольована ядерна енергетика з гарантією від катастроф
«чорнобильського типу » тимчасово допустима.

Сподіваємося, викладена інформація допоможе нашим читачам виробити
аргументовану власну позицію стосовно як ядерної енергетики, так і всіх
ядерних технологій. Деякі «технічні» дані ми сподіваємося додати під час
викладу причин і наслідків Чорнобильської катастрофи.

Список використаної літератури

Акимова Т. А., Хаскин В. В. Экология: Учеб, для вузов. — М.: ЮНИТИ,
1998.

Білявський Г. О., Падун М. М., Фурдуй P. C. Основи екологічних знань. —
К.: Либідь, 2000.

Білявський Г. О., Падун М. М., Фурдуй P. C. Основи загальної екології:
Підруч. — К.: Либідь, 1993.

Дерій С. І., Ілюха В. О. Екологія. — К.: Вид-во фітосоціолог. центру,
1998.

Джигирей В. С. Екологія та охорона навколишнього природного середовища:
Навч. посіб. — К.: Знання, 2000.

Екологія людини: Підруч. для вищ. навч. закл. / О. М. Микитюк, О. З.
Злотін, В. М. Бровдій та ін. — X.: Ранок, 1998.

Злобін Ю. А. Основи екології. — К.: Лібра, 1998.

КолотилоД. М. Екологія і соціологія: Навч. посіб. — К.: КНЕУ, 1999.

Крисаченко В. С. Людина і біосфера: основи екологічної антропології:
Підручник. — К.: Заповіт, 1998.

Кучерявий В. 77. Екологія. — Львів.: Світ, 2000.

Петров К. М. Общая экология: Взаимодействие общества и природы: Учеб.
пособие для вузов. — 2-е изд., стер. — СПб.: Химия, 1998.

Чернова Н. М., Былова А. М. Экология.— М.: Просвещение, 1988.

Чистик О. В. Экология: Учеб. пособие. — Минск.: «Новое знание», 2000.

Шилов П. А. Экология: Учеб. для биол. и мед. спец. вузов. — М.: Высш.
шк., 1998.

Похожие записи