Навігація
Головна
 
Головна arrow БЖД arrow Безпека життєдіяльності
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Вплив на людину іонізуючих випромінювань та інших небезпечних факторів

Вплив іонізуючих випромінювань

Біологічна дія радіації на живий організм починається на клітинному рівні. Це комплекс взаємопов'язаних і взаємообумовлених змін, що протікають на молекулярному, надмолекулярних, біоструктурном, фізіологічному і генетичному рівнях живої клітини і цілого організму.

Розвиток біологічної дії радіації, по А.М. Кузину, розвивається в три стадії (табл. 4.6.).

Перша стадія - фізична. Вона протікає протягом 10 -12 - 10 -9 с. На цій стадії відбувається іонізація і збудження як низькомолекулярних, так і високомолекулярних сполук субстракта клітини. Встановлено, що при поглиненої дози 10 Гр (доза, що викликає 100% загибель організму людини) в клітині утворюється близько 10 +6 -10 7 іонізованих та збуджених молекул. Приблизно 30% цих актів іонізації і збудження припадає на органічні речовини клітини. На ці процеси витрачається близько 80% поглиненої енергії випромінювання. При іонізації і порушення утворюються іони і вільні радикали в результаті дисоціації молекул води, неорганічних і органічних сполук.

Таблиця 4.6

Основні стадії та етапи променевого ураження в часі

Стадія

Тривалість протікання процесів

Наслідки опромінення організму

Фізична

10 -12 з

Фізична взаємодія

Поглинання енергії

Іонізація і порушення молекул

Хімічна

10 -4 з

Первинні радіаційно-хімічні реакції

Освіта радикалів

10 -3 з

Зміна молекул

Порушення біохімії клітин

Ураження кліток

Біологічна

Секунди-хвилини

Порушення структур клітин, що забезпечують функції спадковості

Хвилини-годинник

Порушення функції появи клітин Морфологія клітин зі зміненими речовинами

Поразка цілісного організму

Хвилини-місяці

Порушення функції морфології - загибель організмів і систематичні зміни в органах і системах

Все життя індивідуума

Віддалені соматичні ефекти (зниження опірності, скорочення тривалості життя, розвиток раку і лейкозу, дистрофічні зміни тканин)

Невизначено довгий час

Генетичні наслідки опромінення

Друга стадія - хімічна. Вона протікає протягом 10 -9 - 10 -3 с. На цій стадії відбуваються реакції взаємодії первинних продуктів радіолізу з незруйнованими молекулами, включаючи макромолекули різних біоструктур. Утворюються, зокрема, органічні перекису і протікають реакції окислення, що призводять до появи безлічі нових хімічних сполук, у тому числі токсичної дії - радіотоксини.

Третя стадія - біологічна. Вона протікає від 10 -3 с і до моменту загибелі організму (роки). На цій стадії радіаційно-хімічні перетворення в біосубстракте клітини ведуть до порушень в біологічної організації клітини і в подальшому до зміни всіх біологічних процесів, що відбуваються на рівні клітини і цілого організму.

Клітка тварини складається з клітинної оболонки, що оточує драглисту масу - цитоплазму, в якій укладено більш щільне ядро. Цитоплазма складається з органічних сполук білкового характеру, створюючих просторову решітку, осередки якої заповнюють вода, розчинені в ній солі і відносно малі молекули ліпідів - речовин, за властивостями подібним жирам. Ядро вважається найбільш чутливою життєво важливою частиною клітини, а основними його структурними елементами є хромосоми. В основі будови хромосом знаходиться молекула дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), в якій укладена спадкова інформація організму. Окремі ділянки ДНК, відповідальні за формування певного елементарного ознаки, називаються генами або "цеглинками спадковості". Гени розташовані в хромосомах у суворо визначеному порядку і кожному організму відповідає певний набір хромосом в кожній клітині. У людини кожна клітина містить 23 пари хромосом. При розподілі клітини (мітозі) хромосоми подвоюються і в певному порядку розташовуються в дочірніх клітинах.

Іонізуюче випромінювання викликає поломку хромосом (хромосомні аберації), за якими відбувається з'єднання розірваних кінців в нові поєднання. Це призводить до зміни генного апарату і утворення дочірніх клітин, неоднакових з вихідними. Якщо стійкі хромосомніаберації відбуваються в статевих клітинах, то це веде до мутацій, тобто появі у опромінених особин потомства з іншими ознаками. Мутації корисні тоді, коли вони призводять до підвищення життєстійкості організму, і шкідливі, коли вони проявляються у вигляді різних вроджених вад. Практика показує, що при дії іонізуючих випромінювань ймовірність виникнення корисних мутацій мала.

Однак необхідно відзначити, що виявлені безперервно діють у кожній клітці процеси виправлення хімічних пошкоджень в молекулах ДНК. Виявилося також, що ДНК достатньо стійка по відношенню до розривів, викликуваним радіацією. Необхідно зробити сьомій руйнувань структури ДНК, щоб вона вже не могла відновитися, тобто тільки в цьому випадку відбувається мутація. При меншій кількості розривів ДНК відновлюється в колишньому вигляді. Це вказує на високу міцність генів по відношенню до зовнішніх впливів, у тому числі і іонізуючим випромінюванням.

Руйнування життєво важливих для організму молекул можливо не тільки при прямому їх руйнуванні іонізуючим випромінюванням (теорія мішені), але і при непрямому дії, коли сама молекула не поглинає безпосередньо енергію випромінювання, а отримує її від іншої молекули (розчинника), яка спочатку поглинула цю енергію . У цьому випадку радіаційний ефект обумовлений вторинним впливом продуктів радіолізу (розкладання) розчинника на молекули ДНК. Цей механізм пояснює теорія радикалів. Повторювані прямі влучення іонізуючих частинок в молекулу ДНК, особливо в її чутливі ділянки - гени, можуть викликати її розпад. Однак імовірність таких влучень менше, ніж попадань в молекули води, яка служить основним розчинником в клітці. Тому радіол з води (тобто її розпад при дії радіації на водневий і гідроксильний радикали з подальшим утворенням молекулярного водню і перекису водню) має першорядне значення в радіобіологічних процесах. Наявність у системі кисню підсилює ці процеси. На підставі теорії радикалів головну роль у розвитку біологічних змін грають іони і радикали, які утворюються у воді вздовж траєкторії руху іонізуючих частинок.

Висока здатність радикалів вступати в хімічні реакції обумовлює процеси їх взаємодії з біологічно важливими молекулами, що знаходяться в безпосередній близькості від них. У таких реакціях руйнуються структури біологічних речовин, а це, у свою чергу, призводить до змін біологічних процесів, включаючи процеси утворення нових клітин.

Коли мутація виникає в клітці, то вона поширюється на всі клітини нового організму, які утворилися шляхом поділу. Крім генетичних ефектів, які можуть позначатися на наступних поколіннях (вроджені каліцтва), спостерігаються і так звані соматичні (тілесні) ефекти, які небезпечні не тільки для самого даного організму (соматична мутація), але і його потомства. Соматична мутація поширюється тільки на певне коло клітин, що утворилися шляхом звичайного ділення з первинної клітини, зазнала мутацію.

Соматичні ушкодження організму іонізуючим випромінюванням є результатом впливу випромінювання на великий комплекс - "колективи" клітин, що утворюють певні тканини або органи. Радіація гальмує або навіть повністю зупиняє процес ділення клітин, в якому власне і проявляється їх життя, а досить сильне випромінювання зрештою вбиває клітини. Руйнівна дія випромінювання особливо помітно проявляється в молодих тканинах. Ця обставина використовується, зокрема, для захисту організму від злоякісних (наприклад, ракових пухлин) новоутворень, які руйнуються під впливом іонізуючих випромінювань значно швидше доброякісних клітин.

До соматичних ефектів відносять локальне пошкодження шкіри (променевої опік), катаракту очей (помутніння кришталика), пошкодження статевих органів (короткочасна або постійна стерилізації) та ін.

На відміну від соматичних, генетичні ефекти дії радіації виявити важко, так як вони діють на мале число клітин і мають тривалий прихований період, вимірюваний десятками років після опромінення. Така небезпека існує навіть при дуже слабкому опроміненні, яка хоч і не руйнує клітини, але здатне викликати мутації хромосом і змінити спадкові властивості. Більшість подібних мутацій виявляється тільки в тому випадку, коли зародок отримує від обох батьків хромосоми, пошкоджені однаковим чином.

Результати мутацій, у тому числі і смертність від спадкових ефектів, так звана генетична смерть, спостерігалися задовго до того, як люди почали будувати ядерні реактори і застосовувати ядерну зброю. Мутації можуть бути викликані космічними променями, а також природним радіаційним фоном Землі, на частку якого, за оцінками фахівців, припадає 1% мутацій людини.

Встановлено, що не існує мінімального рівня радіації, нижче якого мутації не відбувається. Загальна кількість мутацій, викликаних іонізуючим випромінюванням, пропорційно чисельності населення і середній дозі опромінення. Прояв генетичних ефектів мало залежить від потужності дози, а визначається сумарною накопиченою дозою незалежно від того, отримана вона за 1 добу або 50 років.

На відміну від генетичних ефектів, які викликаються малими дозами радіації, соматичні ефекти завжди починаються з певної порогової дози: при менших дозах пошкодження організму не відбувається. Інша відмінність соматичних пошкоджень від генетичних полягає в тому, що організм здатний з часом долати наслідки опромінення, тоді як клітинні пошкодження незворотні. У табл. 4.7. показані біологічні ефекти впливу іонізуючих випромінювань на організм людини.

Таблиця 4.7

Радіаційний вплив і відповідні біологічні ефекти

Доза, Зв

Потужність дози або тривалість

Опромінення

Біологічний ефект

0,003

Протягом тижня

Про

Практично відсутня

0,01

Щодня (протягом декількох років)

Про

Лейкемія

0,015

Одноразово

Л

Хромосомні порушення в пухлинних клітинах (культура відповідних тканин)

0,25

Протягом тижня

Л

Практично відсутня

0,5-1

Накопичення малих доз

Л

Подвоєння мутагенних ефектів у одного покоління

2

Одноразово

Про

Нудота

3-5

-

Про

СД 50 для людей

4

-

Л

Випадання волосся (оборотне)

4-5

0,1-0,5 Зв / сут

Про

Можливо лікування в стаціонарних умовах

6-9

3 Зв / суг або накопичення малих доз

Л

Радіаційна катаракта

10-25

2-3 Зв / сут

Л

Виникнення раку сильно радіочутливих органів

25-60

2-3 Зв / сут

Л

Виникнення раку помірно радіочутливих органів

40-50

2-3 Зв / сут

Л

Дозовий межа для нервових тканин

50-60

2-3 Зв / сут

Л

Дозовий межа для шлунково-кишкового тракту

Примітка. О - загальне опромінення тіла людини; Л - локальне опромінення; СД 50, - доза, очікуваний ефект якої складе 50% смертей серед осіб, які зазнали опромінення.

В даний час відповідно до норм радіаційної безпеки (НРБ-99) встановлені наступні основні дозові характеристики впливу іонізірущіх випромінювань.

Доза поглинена (D) - величина енергії іонізуючого випромінювання, передана речовині:

де - середня енергія, передана іонізуючим випромінюванням речовині, що знаходиться в елементарному об'ємі, a dm - маса речовини в цьому обсязі.

Енергія може бути усереднена по будь-якому визначено ному обсягом, і в цьому випадку середня доза буде рівна повної енергії, переданої обсягом, поділеній на масу цього обсягу. В одиницях СІ поглинена доза вимірюється в джоулях, ділених на кілограм (Дж · кг -1), і має спеціальну назву - грей (Гр). Використовувалася раніше позасистемнаодиниця радий дорівнює 0,01 Гр.

Доза в органі чи тканині (D T) - середня поглинена доза в певному органі чи тканині людського тіла:

де m T - маса органу або тканини, a D - поглинена доза в елементі маси dm.

Доза еквівалентна (H T, R) - поглинена доза в органі чи тканині, помножена на відповідний ваговий коефіцієнт для даного виду випромінювання, W R:

де D T, R - середня поглинена доза в органі чи тканині Т, а W R - ваговий коефіцієнт для випромінювання R.

При впливі різних видів випромінювання з різними ваговими коефіцієнтами еквівалентна доза визначається як сума еквівалентних доз для цих видів випромінювання

Одиницею еквівалентної дози є зіверт (Зв).

Доза ефективна (Е) - величина, використовувана як міра ризику виникнення віддалених наслідків опромінення всього тіла людини та окремих його органів і тканин з урахуванням їх радіо-чутливості. Вона являє суму творів еквівалентної дози в органах і тканинах на відповідні вагові коефіцієнти:

де Η Ί - еквівалентна доза в органі чи тканині Т, a W T - ваговий коефіцієнт для органу або тканини Т. Одиниця ефективної дози - зіверт (Зв).

Доза еквівалентна (Η Ί (τ)) або ефективна (E (τ)) очікувана при внутрішньому опроміненні - доза за час τ, що минув після надходження радіоактивних речовин в організм:

де t 0 - момент надходження, а Η T (t) - потужність еквівалентної дози до моменту часу t в органі чи тканині Т.

Коли τ не визначене, то його слід прийняти рівним 50 років для дорослих і (70 мінус t 0) - для дітей.

Доза ефективна (еквівалентна) річна - сума ефективної (еквівалентної) дози зовнішнього опромінення, отриманої за календарний рік, і очікуваної ефективної (еквівалентної) дози внутрішнього опромінення, зумовленої надходженням в організм радіонуклідів за цей же рік.

Одиниця річної ефективної дози - зіверт (Зв).

Доза ефективна колективна - міра колективного ризику виникнення стохастичних ефектів опромінення; вона дорівнює сумі індивідуальних ефективних доз. Одиниця ефективної колективної дози - людино-зіверт (люд.-Зв).

Доза предотвращаемая - прогнозована доза внаслідок радіаційної аварії, яка може бути відвернена захисними заходами.

При тепловому впливі відбуваються займання, згоряння, обвуглювання, опіки, удушення продуктами згоряння. Основні вражаючі чинники тут - полум'я, високі температури і отруйну дію продуктів згоряння. Термічна дія при надзвичайних ситуаціях визначається щільністю потоку поглиненого випромінювання і часом дії на людину теплового випромінювання.

Біологічний вплив виникає внаслідок поширення природних інфекцій, несанкціонованого витоку або навмисного розпилення хвороботворних мікроорганізмів, токсинів та інших біологічно небезпечних речовин. Воно полягає у зараженні організмів, місцевості, рослинності, води, продуктів харчування, сільськогосподарської сировини, фуражу хвороботворними організмами і речовинами, виникненні інфекційної захворюваності людей, тварин і рослин, в т. Ч. У формі епідемій, епізоотій та епіфітотій. Сюди ж може бути віднесено вплив на сільськогосподарські рослини масово поширилися сільськогосподарських шкідників.

При електромагнітному впливі відбуваються структурні зміни в живих тканинах, штучних та природних матеріалах, у тому числі руйнування (пошкодження) клітин організмів, опіки тіл, зміна властивостей матеріалів, займання, обвуглювання, оплавлення, випаровування їх поверхні. Вражаючі фактори при цьому проявляються у вигляді сильних електромагнітних полів або потужних електромагнітних імпульсів. Для цього виду впливу характерні виведення з ладу електричних, електронних, оптичних систем і устаткування. Можливо також вплив на здоров'я, психіку і репродуктивну функцію людини.

Інформаційний вплив має своїм джерелом матеріали засобів масової інформації, пропаганду, агітацію, рекламу, враження від відбуваються негативних подій, у тому числі страждань людей. В результаті виникає стимулюючу або переважна вплив на психоемоційну сферу людини. Інформаційний вплив може надати мобілізуюче або деморалізуючий вплив, породити стреси, страх, паніку.

Запитання і завдання

  • 1. Який відсоток аварій відбувається з вини людини?
  • 2. Яка роль людини в системі "людина - машина"?
  • 3. Перелічіть види помилок людини.
  • 4. До яких поразкам людини призводить механічний вплив ударних хвиль?
  • 5. Які показники визначають ступінь ураження людини ударними хвилями?
  • 6. Який механізм токсичної дії на людину хімічних речовин?
  • 7. Опишіть основні стадії дії іонізуючого випромінювання на організм людини.
 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук