Радиация и окружающая среда

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня основная масса ученых едина во мнении, что человек и человечество составляют часть живого вещества нашей планеты. Это означает, что люди также подвержены действию космических энергий и солнечной радиации. Так, человеческий организм, так же как организмы других животных, подстраивается под ритмы биогеосферы, прежде всего суточные (циркадные) и сезонные, связанные со сменой времен года.

Вся живая природа чутко реагирует на сезонные изменения окружающей температуры, на интенсивность солнечного излучения - весной покрываются листвой деревья, осенью листва опадает, затухают обменные процессы, многие животные впадают в спячку и т.д. Человек не является исключением. На протяжении года у него меняется интенсивность обмена, состав клеток тканей, причем эти колебания различны в разных климатических поясах. Так, в южных районах (Сочи) содержание гемоглобина и количество эритроцитов, а также максимальное и минимальное давление крови в холодный период возрастают на 20 процентов по сравнению с теплым временем. В условиях Севера наибольший процент гемоглобина найден у большинства обследованных жителей в летние месяцы, а наименьший - зимой и в начале весны.

В последнее время в связи с резким возрастанием загрязнения окружающей природной среды, усиления содержания в атмосфере углекислого газа, повышения радиационного фона значительно возросло число спонтанных, стихийных, вредных мутаций как у животных, так и у человека.

1. ПОНЯТИЕ РАДИАЦИИ И ЕЕ ПОРАЖАЮЩИЕ ФАКТОРЫ

Слово радиация образовалось от латинского слова radiatio - лучеиспускание. Говоря современном языком естественных наук, радиация это излучение (ионизирующее, радиоактивное) и распространение в виде потока элементарных частиц и квантов электромагнитного излучения.

Ионизирующим излучение называется потому, что радиация проникая сквозь любые ткани человека, вызывает возбуждение атомов. Атомные электроны, оставаясь «зависимыми» от ядра, переходят в состояние с повышенной энергией, при этом атомы и молекулы как бы разбухают. Соответственно если это живая клетка, то она уже не может нормально функционировать, поскольку ее структура нарушается и становится дефектной. Кроме того некоторые электроны все же «отрываются» от ядра устремляясь в другие атомы и молекулы. При этом обладая сильной энергией, они так же способны проводить возбуждение атомов и появление новых ионов. Такое физическое явление называется ионизацией. Таким образом со всем веществом, в разной степени начинают происходить изменения.

В зависимости от вида излучения, различают и основные изменения, которые способны проходить в организме человека. Например, могут происходить разрывы ДНК и РНК в живой клетке, смещение в биологической структуре атомов таким образом вызывая мутацию организма и возможность распространение последствий на будущие поколения.

Предсказать каким именно образом радиация будет воздействовать на конкретного человека достаточно сложно, однако известно, что у всех органов человека различная восприимчивость к ионизирующему излучению.

2. СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

Циклы солнечной активности оказывают огромное влияние на жизнедеятельность человека. Так, обработав материал по вспышкам возвратного тифа в Европейской России с 1883 по 1917 год, а также данные по холере в России с 1823 по 1923 год и данные по активности Солнца, Чижевский пришел к выводу, что эти земные явления наступают синхронно с изменениями, происходящими в разных солнечных сферах. На основании построенных им графиков он еще в 1930-х годах предсказал, что в 1960 - 1962 годах произойдет эпидемическая вспышка холеры, что действительно произошло в странах Юго-Восточной Азии.

То, что состояние солнечной активности небезразлично для жизни на Земле, показывает и увеличение числа случаев заражения чесоткой в 1968 году и неожиданно подскочившее число заболеваний клещевым энцефалитом и туляремией на вершине максимума векового цикла солнечной активности в 1957 году. Здесь мы обнаруживаем явную взаимосвязь человека с растительным и животным миром, в котором все жизненные циклы: заболевания, массовые перекочевки, периоды бурного размножения млекопитающих, насекомых, вирусов - протекают синхронно с одиннадцатилетними циклами солнечной активности, как и чередование грозовой и спокойной летней погоды, большего и меньшего производства растительной массы и т.д.

Гематологи пришли к выводу, что в годы максимума солнечной активности норма свертывания крови у здоровых людей увеличивается вдвое, а так как компенсаторная деятельность, в частности способность крови не свертываться, у сердечно-сосудистых больных угнетена, то при увеличении солнечных пятен учащаются инфаркты, инсульты.

Приведенные факты позволяют нам говорить о влиянии космоса на физиологические процессы в отдельном человеческом организме.

3. ВОЗДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ НА ЧЕЛОВЕКА

Источником радиации могут также являться и различные природные ресурсы, идущих на производство строительных материалов. В строительных материалах, из которых возведены как старые, так и современные дома (бетон, арматура, красный кирпич и т.д.), могут находиться активные ионы, испускающие радиацию. Не менее опасным для здоровья человека является также радиоактивный газ - радон, концентрация которого высока в подвалах зданий. И обыкновенный радиационный контроль, осуществляемый простыми дозиметрами, может порой не выявить или точно не определить всю степень радиационного заражения. Ионизирующее излучение, или радиация, способна изменять основу всех клеток в организме человека - ДНК.

В итоге происходит нарушение роста и деления клеток и смерть, или же, наоборот - неконтролируемое деление - то есть рак. Таким образом, радиология на основании тысяч исследований, пришла к выводу об абсолютной опасности повышенных доз радиации на человека, то есть превышающих фоновый уровень радиации.

Многолетний опыт, накопленный радиобиологией и, в частности, радиационной медициной, позволил получить обширную информацию о реакции тканей организма на воздействие радиации.

При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани и явиться причиной гибели организма. При малых дозах возможны еще не полностью установленные механизмы, приводящие к онкологическим или генетическим последствиям.

Взаимодействие излучения с тканями организма инициирует целый ряд физических, химических и биологических процессов. Время протекания этих процессов варьируется в очень широком диапазоне значений - от триллионных долей секунды (процессы ионизации атомов) до десятков лет (различные патологические изменения в клетках организма, например, онкологического характера).

К настоящему времени получены фундаментальные данные о влиянии радиации на разных уровнях биологической организации, от молекулярного до организма в целом. Вместе с тем, решение некоторых вопросов как теоретического, так и практического характера до сих пор затруднено неполнотой сведений о конкретных закономерностях формирования радиационных эффектов.

В радиационной медицине все эффекты, обусловленные излучением, обычно подразделяют на два принципиально различных класса:

- детерминированные эффекты характеризуются пороговым значением радиационного воздействия, ниже которого они не наблюдаются;

- стохастические (или вероятностные) эффекты, которые имеют длительный латентный период и проявляются спустя годы после облучения или в последующих поколениях.

Существенно, что стохастические эффекты носят неспецифический характер, то есть они практически неотличимы от аналогичных эффектов, инициированных факторами нетрадиционной природы.

В отношении последствий облучения в малых дозах все еще существуют значительные неопределенности, связанные с тем, что последствия, если таковые имеются вообще, необходимо выделить на преобладающем фоне естественных нарушений. Возможным последствием облучения большого числа людей малыми дозами может быть индицирование нескольких онкологических заболеваний спустя годы и даже десятки лет после облучения помимо тысяч аналогичных заболеваний, которые возникают естественным путем. Часто забывают, что онкологические заболевания главным образом являются характерными для людей преклонного возраста. Кроме этого, мы постоянно подвергаемся воздействию огромного количества нерадиационных факторов повседневной жизни, часть из которых может вызвать рак.

Воздействие радиации происходит на многих уровнях биологической организации от молекул и клеток до сложной системы органов и тканей и организма, в целом. Анализ большого числа радиобиологических данных позволяет обнаружить некоторые изменения структуры клеточных ядер при дозах 2-5 сГр. Частота этих изменений нарастает с увеличением дозы от 10 до 50 сГр и, по наиболее принятой консервативной гипотезе, линейно зависит от дозы. При величине дозы 10-200 сГр на молекулярном и клеточном уровне могут быть выявлены отклонения от нормального строения (аберрации) хромосом, часть которых может наследоваться и передаваться следующим поколением.

Имея в виду такую зависимость можно ориентировочно оценить значение дозы (в данном случае 1 Гр), при которой происходит удвоение естественной частоты таких изменений и частоту самих событий (мутации, аберрации, наследственной болезни).

Следует иметь в виду, что обнаружить эти эффекты в виде повышенной частоты или необычного характера наследственных заболеваний у потомков большой группы лиц, пострадавших при атомной бомбардировке Японии, не удалось. Аналогичное отсутствие наследственных дефектов характерно и для персонала предприятий атомной промышленности, а также проживающего вблизи населения.

Радиация способна ионизировать атомы, из которых состоят биологические ткани. Это приводит к образованию в облучаемом организме вредных химических соединений, нарушающих обмен веществ - биологи называют их «свободными радикалами». Они образуются в организме даже под воздействием естественного радиационного фона - в небольшом количестве. В этом случае иммунные силы здорового человека легко ликвидируют все внутренние поражения, вызванные действием этих соединений. Можно провести аналогию с обычными ранениями: мелкие царапины заживают быстро и безо всяких последствий, а большие раны - долго и трудно. Крупное ранение может принести к гибели пострадавшего.

При получении организмом дозы выше предельно допустимой величины количество свободных радикалов в биологических тканях возрастает. Иммунные силы организма еще способны излечивать эти внутренние «раны» - до определенного предела. У каждого человека этот предел свой - зависит от возраста, пола, перенесенных ранее заболеваний, качества питания, наличия вредных привычек (алкоголизм, табакокурение) и т.д. В среднем ЭЭД, при которой у большинства облученных возникает лучевая болезнь - 1 Зв (100 бэр). Особо следует отметить, что острая лучевая болезнь возникает тогда, когда человек получает эту дозу в течение короткого времени - не более четырех суток подряд.

Лучевая болезнь может развиваться как при внешнем, так и при внутреннем облучении. Особенность многих радионуклидов в том, что они способны длительное время удерживаться в различных органах человека, непрерывно облучая их. Для каждого из этих радионуклидов существует свой, так называемый критический орган: например, йод-131 накапливается в щитовидной железе, цезий-137 - в мышцах, стронпий-90 - в костях. У пострадавшего человека может и не развиться лучевая болезнь, но вполне вероятно разрушение или перерождение тканей того органа, в котором сконцентрировались радионуклиды.

В настоящее время тысячи людей живут в районах, загрязненных радионуклидами - таких территорий много на просторах бывшего Советского Союза. Эти люди потребляют продукты питания, в которых содержание радионуклидов часто превышает предельно допустимые уровни.

Поскольку иммунные силы организма уже ослаблены повышенным внешним облучением, они не могут как следует противостоять процессу накопления радионуклидов в различных органах. Особую опасность это представляет для растущего детского организма.

Длительный отдых в «чистой» местности и употребление незаряженных радионуклидами продуктов питания способны восстановить и укрепить иммунные силы человека. Некоторые вещества (витамины А, С, Е, танины, пектины и т.д.) могут приостановить накопление радионуклидов в организме.

Конечный эффект облучения является результатом не только первичного повреждения клеток, но и последующих процессов восстановления. Предполагается, что значительная часть первичных повреждений в клетке возникает в виде так называемых потенциальных повреждений, которые могут реализовываться в случае отсутствия восстановительных процессов. Реализация этих процессов способствуют процессы биосинтеза белков и нуклеиновых кислот. Пока реализация потенциальных повреждений не произошла, клетка может в них "восстановиться". Это, как предполагается, связано с ферментативными реакциями и обусловлено энергетическим обменом. Считается, что в основе этого явления лежит деятельность систем, которые в обычных условиях регулируют интенсивность естественного мутационного процесса.

Общие нарушения в организме под действием радиации приводит к изменению обмена веществ, которые влекут за собой патологические изменения головного мозга.

Знания конкретной реакции организма на те или иные дозы необходимы для оценки последствий действия больших доз облучения при авариях ядерных установок и устройств или опасности облучения при длительном нахождении в районах повышенного радиационного излучения, как от естественных источников, так и в случае радиоактивного загрязнения.

Однако даже малые дозы радиации не безвредны и их влияние на организм и здоровье будущих поколений до конца не изучено. Однако можно предположить, что радиация может вызвать, прежде всего, генные и хромосомные мутации, что в последствии может привести к проявлению рецессивных мутаций.

Следует более подробно рассмотреть наиболее распространенные и серьезные повреждения, вызванные облучением, а именно рак и генетические нарушения.

В случае рака трудно оценить вероятность заболевания как следствия облучения. Любая, даже самая малая доза, может привести к необратимым последствиям, но это не предопределено. Тем не менее, установлено, что вероятность заболевания возрастает прямо пропорционально дозе облучения.

Среди наиболее распространенных раковых заболеваний, вызванных облучением, выделяются лейкозы. Оценка вероятности летального исхода при лейкозе более надежна, чем аналогичные оценки для других видов раковых заболеваний. Это можно объяснить тем, что лейкозы первыми проявляют себя, вызывая смерть в среднем через 10 лет после момента облучения. За лейкозами «по популярности» следуют: рак молочной железы, рак щитовидной железы и рак легких. Менее чувствительны желудок, печень, кишечник и другие органы и ткани.

Воздействие радиологического излучения резко усиливается другими неблагоприятными экологическими факторами (явление синергизма). Так, смертность от радиации у курильщиков заметно выше.

Что касается генетических последствий радиации, то они проявляются в виде хромосомных аберраций (в том числе изменения числа или структуры хромосом) и генных мутаций. Генные мутации проявляются сразу в первом поколении (доминантные мутации) или только при условии, если у обоих родителей мутантным является один и тот же ген (рецессивные мутации), что является маловероятным. радиация солнечный лучевой

Изучение генетических последствий облучения еще более затруднено, чем в случае рака. Неизвестно, каковы генетические повреждения при облучении, проявляться они могут на протяжении многих поколений, невозможно отличить их от тех, что вызваны другими причинами.

Приходится оценивать появление наследственных дефектов у человека по результатам экспериментов на животных.

При оценке риска НКДАР использует два подхода: при одном определяют непосредственный эффект данной дозы, при другом - дозу, при которой удваивается частота появления потомков с той или иной аномалией по сравнению с нормальными радиационными условиями.

Так, при первом подходе установлено, что доза в 1 г, полученная при низком радиационном фоне особями мужского пола (для женщин оценки менее определенны), вызывает появление от 1000 до 2000 мутаций, приводящих к серьезным последствиям, и от 30 до 1000 хромосомных аберраций на каждый миллион живых новорожденных.

При втором подходе получены следующие результаты: хроническое облучение при мощности дозы в 1 г на одно поколение приведет к появлению около 2000 серьезных генетических заболеваний на каждый миллион живых новорожденных среди детей тех, кто подвергся такому облучению.

Оценки эти ненадежны, но необходимы. Генетические последствия облучения выражаются такими количественными параметрами, как сокращение продолжительности жизни и периода нетрудоспособности, хотя при этом признается, что эти оценки не более чем первая грубая прикидка. Так, хроническое облучение населения с мощностью дозы в 1 г на поколение сокращает период трудоспособности на 50000 лет, а продолжительность жизни - также на 50000 лет на каждый миллион живых новорожденных среди детей первого облученного поколения; при постоянном облучении многих поколений выходят на следующие оценки: соответственно 340000 лет и 286000 лет.

Существует три пути поступления радиоактивных веществ в организм: при вдыхание воздуха, загрязненного радиоактивными веществами, через зараженную пищу или воду, через кожу, а также при заражении открытых ран. Наиболее опасен первый путь, поскольку:

объем легочной вентиляции очень большой

значения коэффициента усвоения в легких более высоки.

Пылевые частицы, на которых сорбированы радиоактивные изотопы, при вдыхании воздуха через верхние дыхательные пути частично оседают в полости рта и носоглотке. Отсюда пыль поступает в пищеварительный тракт. Остальные частицы поступают в легкие. Степень задержки аэрозолей в легких зависит от дисперсионности. В легких задерживается около 20% всех частиц; при уменьшении размеров аэрозолей величина задержки увеличивается до 70%.

При всасывании радиоактивных веществ из желудочно-кишечного тракта имеет значение коэффициент резорбции, характеризующий долю вещества, попадающего из желудочно-кишечного тракта в кровь. В зависимости от природы изотопа коэффициент изменяется в широких пределах: от сотых долей процента (для циркония, ниобия), до несколь-ких десятков процентов (водород, щелочноземельные элементы). Резорбция через неповрежденную кожу в 200-300 раз меньше, чем через желудочно-кишечный тракт, и, как правило, не играет существенной роли.

При попадании радиоактивных веществ в организм любым путем они уже через несколько минут обнаруживаются в крови. Если поступление радиоактивных веществ было однократным, то концентрация их в крови вначале возрастает до максимума, а затем в течение 15-20 суток снижается.

Концентрации в крови долгоживущих изотопов в дальнейшем могут удерживаться практически на одном уровне в течение длительного времени вследствие обратного вымывания отложившихся веществ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение хотелось бы отметить, что, несмотря на то, что проникающая радиация в больших количествах приводит к необратимым последствиям, сегодня ученые говорят, что малые ее дозы полезны для здоровья и их следует рекомендовать для применения в медицине.

В течение многих десятилетий было известно, что длительное облучение радиацией приводит к развитию раковых опухолей, однако многие ученые утверждают, что ионизирующее излучение в определенных дозах может быть полезно для здоровья.

Согласно данным, низкие дозы радиации снижают частоту инфекционных заболеваний, уменьшают число случаев рака у молодых людей и существенно увеличивают среднюю продолжительность жизни. Радиация также увеличивает активность иммунной системы, что снижает количество инфекционных заболеваний и способствует заживлению ран.

Ученые отмечают, что человек в процессе эволюции приспособился к определенному уровню радиации, как и к другим особенностям окружающей среды, и ее нехватка может негативно влиять на здоровье, так же, как дефицит некоторых веществ, например, витаминов и микроэлементов.

Сегодня ионизирующее облучение используется для лечения определенных форм рака, однако использование источников радиации для лечения других заболеваний не признается официальной медициной.

Размещено на Allbest.ru