19914

Биологическое действие ионизирующих излучений

Лекция

Физика

PAGE 21 Тема 6. Биологическое действие ионизирующих излучений Вопросы: 1.Этапы действия ионизирующих излучений. Механизм биологического действия и.и. 2.Действие доз радиации 3.Радионуклиды и растительный мир 4.Влияние радионуклидов на животн...

Русский

2013-07-18

372 KB

44 чел.

PAGE  21

Тема 6. Биологическое действие ионизирующих излучений

Вопросы:

1.Этапы действия ионизирующих излучений.

Механизм биологического действия и.и.

2.Действие доз радиации

3.Радионуклиды и растительный мир

4.Влияние радионуклидов на животных

Вступление

Под биологическим действием и.и. – понимают связанную с облучением совокупность морфологических и функциональных изменений в живом организме.

Все излучения обладают биологическим действием, т.е. способностью вызывать изменения в клетках тканей и органов организма.

Для биологического действия и.и. в отличие от результатов на неживые объекты характерны ряд особенностей:

1) Эффекты, связанные с облучением, обусловлены не столько кол-вом поглощенной энергии, сколько формой ее передачи;

(Ни тепловая ни электрическая энергия, поглощенная биологической тканью в таком же кол-ве как и.и. не вызывает таких изменений, как и.и.).

2)Действие и.и. на организм в малых дозах не ощутимо человеком. У людей отсутствуют органы чувств, которые воспринимали бы и.и.

(Дозиметрические приборы – это дополнительный орган чувств, который позволяет регистрировать и.и.).

3) Существует так называемый скрытый (латентный период) первых симптомов облучения, продолжительность которого снижается при увеличении Дозы.

4)Эффекты действия длительных актов облучения суммируются, а полученная доза накапливается.

5)Органы живого организма, а также организмы в целом обладают различной чувствительностью к воздействию и.и.

6.1.Этапы действия и.и.

Действие и.и. на биологические объекты можно разделить на несколько этапов:

- физический, - физико-химический, - биохимический, ранние биоэффекты, отдаленные биологические эффекты.

1.1.Физический (начальный) этап – длится 10-16-10-13с.

К и.и. относятся: пучки элементарных частиц, ядер, ионов, а также ЭМИ (рентгеновское и -излучение радиоактивных элементов), а также тормозное излучение, возникающее при прохождении через вещество заряженных частиц.

Большинство из них имеют заряд: -частицы (электроны, позитроны), протоны (ядра атома водорода), -частицы (ядра атома Не), а также различные ионы.

Но: Есть и нейтральные частицы – нейтроны. Они не могут участвовать в процессах, зависящих от электрического заряда. Однако, нейтроны, взаимодействующие с ядрами вызывают испускание протонов и -квантов. Поскольку нейтроны и ЭМИ не участвуют непосредственно в ионизации атомов и молекул, то их называют косвенно ионизирующими.

При прохождении через вещество заряженные частицы теряют свою Е, вызывая возбуждение и ионизацию встречающихся на их пути атомов. Этот процесс продолжается до тех пор, пока общий запас Е частиц не становится настолько малым, что они утрачивают свою ионизирующую способность.

Если это (е), то он захватывается каким-либо атомом с образованием отрицательного иона. Кроме этого, в поле положительного заряженного ядра -частица резко тормозится и теряет при этом часть своей энергии – Эта энергия (Е) излучается в виде тормозного рентгеновского излучения.

Р.и., -изл., торм. излуч. – отличаются друг от друга происхождением и имеют свой диапазон Е, хотя границы диапазонов обычно не определены, т.е. условны.

Основными процессами, сопровождающими прохождение фотонного (ЭМИ) излучения через вещество являются:

а)фотоэффект; б)Комптон-эффект; в)рождение позитрон-электронной пары.

а)фотоэффект (взаимодействие с веществом ЭМИ с малой Е) – это процесс при котором атом полностью поглощает  -квант с энергией h и испускает е(электрон) с кин. энергией Ее= h-ui, где ui - энергия связи электрона на i-той оболочке, h- энергия -кванта.

б)Комптон-эффект – это процесс при котором -квант, взаимодействуя с электроном, передает ему часть своей энергии и рассеивается под некоторым углом, а электрон покидает атом с КЭ: Ее= h-ui- h/, где h/- энергия -кванта после частицы.

в)рождение позитрон-электронной пары – это процесс при котором -квант вблизи ядра превращается в пару частиц- электрон и позитрон, которые приобретают соответствующие КЭ: Ее и Ер.

Таким образом: при прохождении и.и. через вещество происходит ионизация или возбуждение (на один акт ионизации происходит несколько актов возбуждения) атомов и молекул вещества либо непосредственно заряженных частиц (,), либо опосредовано через взаимодействие атомов вещества с вторичными заряженными частицами (возн. в сложных процессах).

Однако: Деструктивное действие радиации нельзя объяснить только ионизацией и возбуждением атомов и молекул. поскольку его энергия по тепловому эффекту очень мала: так смертельная доза 10Гр=1000рад на все тело, но ей соответствует тепловая энергия, которая позволяет нагреть тело человека на 0,0010С, что соответствует употреблению 1чашке горячего чая.

h.                                             Ее     Ее       h/

Ее       рис.6.1. а) Ее= h-ui; бе= h-ui- h/; в) hе + Ер.

Ер.

Не может объяснить действие радиации и непосредственная ионизация атомов, поскольку при дозах облучения организма, которые вызывают значительные его повреждения и даже его гибель, относительное количество возникающих ионов незначительно.

Пример: Однократное облучение дозой 6Гр для человека соответствует образованию приблизительно 1015ионов/см3 ткани, что в пересчете на ионизацию молекул воды составляет дополнительно 1 пару ионов на 10млн. молекул воды, что значительно ниже естественного уровня ионизованности воды в организме.  Биологическое действие и.и подразумевает существование др. этапов, значительно усиливающих первоначальное воздействие излучения на физическом этапе.

6.1.2.Физико-химический этап – длится 10-10с – часы

Любой радиобиологический эффект, начинается с взаимодействия и.и. с биологическими молекулами, в результате которого происходит инактивация макромолекул, т.е. их биологические функции частично или полностью утрачиваются.

В основе инактивации молекул лежит прямой и косвенный механизмы действия радиации.

6.1.2.1.Прямой механизм действия радиации

– это такие изменения, которые возникают при непосредственном поглощении молекулами энергии излучения вкл.

3стадии:             мишень

 ,,                         

1стадия: Еи.и. поглощается непосредственно биоактивными молекулами («мишенями»), в результате чего возникают возбужденные и ионизированные молекулы.

2стадия: Перераспределение возбужденными молекулами изб. энергии (Е):

RH RH++е           +Н+.

где RH – биомолекула; Н – атом водорода, который всегда присутствует в органических соединениях.  – свободный радикал (электрически нейтральные атомы и молекулы с непарным электроном на внешней орбите).

3стадия: Ионы и радикалы взаимодействуют как друг с другом, так и с окружающими молекулами. В результате образуются различные типы структурных повреждений, например, разрушение ряда аминокислотных остатков в молекулах белка или нарушение структуры нуклеиновых кислот и т.д.

6.1.2.2.Косвенный механизм действия радиации

– это взаимодействие биологически активных молекул с промежуточными продуктами, которые возникают под действием и.и.       

мишень

,,            . При косвенном действии биологические молекулы не поглощают непосредственно энергию излучения, а получают ее от другой молекулы.

Поскольку клетка содержит 60-90% воды, то основной вклад в косвенное излучение вносит радиолиз воды. Под действием и.и. молекула воды превращается в ион с образованием высокоэнергетического электрона:

Н2ОН2О+-, а также переходят в возбужденное состояние из которого диссоциируют с образованием свободных радикалов:

Н2ОН2О+          или Н2О+         ; Н2О-        .

Свободный электрон может передавать свою энергию молекулам воды, существовать в виде гидратированного электрона еaq-, а также присоединяться к нейтральным молекулам: Н2О+ еaq-        Н2О-.

Возникающие ионы и свободные радикалы взаимодействуют как с друг другом (образуя молекулярные продукты) так и с биологическими молекулами и с молекулами растворенного кислорода (образуются Н2О2, НО2*).

При избыточном количестве радикалов  кислород усиливает радиационные повреждения, вследствие увеличения выхода радикалов.

Более того, присутствие кислорода может служить причиной запуска реакции (кислородный эффект):.

В результате таких реакций в биологических объектах накапливаются органические кислоты ROOH. В повседневной жизни это проявляется, например, в изменении поверхностного слоя сливочного масла. Накопление продуктов окисления ROOH приводит к наступлению следующей стадии окисления - появлению органических молекул с формальдегидными группами, которые являются ядами (например, прогорклость растительного и сливочного масел).

6.1.3.Биохимический этап (длится 10-6с – несколько часов). Действие и.и. на клетку

Основные процессы лучевого поражения органа начинаются на уровне клетки. Любой многоклеточный организм берет свое начало с одной единственной клетки путем многократных клеточных делений. Клетка универсальна в том смысле, что она имея схожее строение присуща всему живому и уникальна. т.к. в зависимости от организации, специализации и выполняемых функций может принадлежать к одному из множества клеточных типов, образующих органы и ткани.

Любая клетка окружена мембраной, которая защищает ее от внешних воздействий, позволяющих сохранять стабильность внутриклеточной среды и обеспечивает процессы жизнедеятельности и функционирования клетки.

Основными компонентами мембраны биологической клетки являются липиды и белки.

6.1.3.1.Типичный липид 

– состоит из молекулы глицерина, три гидрооксильные группы которого соединены с жирными кислотами (длинные цепи атомов «С» с гидроксильными группами на конце).

Основным механизмом действия радиации на липиды является перекисное окисление липидов. Химическая реакция заключается в том, что молекула липида под действием радиации переходит в свободно-радикальное состояние:

Этот процесс в присутствии кислорода становится цепным и уже не зависит от внешнего воздействия радиации, т.к. мембрана имеет слоистую замкнутую структуру, то этот процесс достаточно быстро распространяется по всей мембране – что в конце концов приводит к ее разрушению. При этом также нарабатывается большое число биологически активных молекул и радиотоксинов-свободных радикалов  и , а также кислот RCOOH – которые оказывают воздействие на другие компоненты клетки.

В повседневной жизни с реакцией перекисного окисления липидов встерчаются при изменении окраски поверхностных слоев сливочного и прогорклости растительного масел, которые подвергались воздействию прямых солнечных лучей.

6.1.3.2. Белки 

азотистые соединения, в естественном состоянии обычно растворимы в воде. Особенности того или иного белка определяются последовательностью и природой аминокислот и сложной конфигурацией структуры. Несмотря на то, что белки в клетках выполняют целый ряд функций (строительная, информационная, ферментная и др.). они относятся к объектам со слабой чувствительностью к воздействию радиации. Белки постоянно производятся в клетке и их фукнция восстанавливается.

6.1.3.3. Действие на клетку

При общем рассмотрении клетка состоит из ядра (центральной части) и цитоплазмы. В ядре хранится наследственная информация, в цитоплазме расположены органеллы, которые выполняют различные функции (в лисозомах содержатся переваривающие ферменты, в эндоплазматической сети сосредоточено производство белков, а митохондрии – энергетические станции клетки и др.).

В ядре находятся важнейшие структуры клетки – нити хроматина, которые в период клеточного деления образуют специфические структуры, называемыми хромосомами, которые содержат молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), в которых зафиксирована наследсвенная информация.

Молекула ДНКпредставляет собой длинную неразветвленную цепь, образованную чередующимися фосфатными группами, азотистыми основаниями и молекулами дезоксирибозы.

И.и. может вызвать 4 основных типа повреждений:

1)одиночные разрывы

2)двойные разрывы

3)повреждение азотистых оснований

4) межмолекулярная сшивка

а также: разрушение дезоксирибозы, высвобождение или отрыв азотистых оснований.

Пример: При дозе в 1Гр. в каждой клетке человека повреждается 5000 оснований молекул ДНК, возникает 1000 одиночных и 10-100 двойных разрывов. В случае нарушения структуры ДНК включаются мощные механизмы репарации (восстановления).

Основная – эксцизионная репарация – заключается в эксцизии (вырезании) части цепи, содержащей поврежденные нуклеотиды и синтезе нового участка.

При нормальной температуре, половина радиационных одиночных разрывов восстанавливается за 15мин.

Однако! Число одиночных разрывов зависит от дозы >D  >разрывов <репарация.

Эффективность образования зависит от многих факторов – наиболее опасно внутреннее облучение т.к. при этом происходит полное поглощение и.и.

Пример: В организм попал Sr-90, тогда при испускании одной -частицы может возникнуть порядка 30.000-50.000 одиночных разрывов.

При облучении в клетке возникают также повреждения, которые могут привести к ее гибели и быть основной причиной ряда отдаленных последствий лучевого поражения, в том числе образования раковых опухолей:

1)Облучение D >10Гр (1000рад) – вызывает мгновенное прекращение обменных процессов (метаболизм) и даже разрушение клетки – метаболическая гибель.

2)Облучение 5< D<10Гр (5000 -10000рад) – клетка остается живой, однако в ее органеллах наблюдаются существенные изменения: нарушается проницательность мембран, угнетается дыхание – клеточная гибель наступает через несколько часов (тоже метаболическая гибель).

3) D< 5Гр – клетка теряет способность к неограниченному делению, даже при сохранении ее функций – репродуктивная гибель.

Мене выраженные повреждения проявляются в форме мутаций.

6.1.3.4. Мутации - определяют наследуемые изменения в молекулах ДНК. Появление мутаций означает, что клетка содержит генетический материал, отличный от генетического материала аналогичных клеток. Мутации могут усиливать, уменьшать или качественно менять признак, определяемый геном. Ген - единица наследственной информации (последовательность нуклеоти-дов), отвечает за формирование какого-либо элементарного признака, например, синтез определенного белка.

Мутации происходят как в соматических, так и в половых клетках. Мутация, возникшая в соматических клетках, может изменить наследственные признаки клетки и тех тканей и систем, которые образуются ее потомками. Считают, что некоторые виды рака, характеризующегося быстрым клеточным делением, вызываются мутациями в соматических клетках. Если мутации происходят в половых клетках, то измененные наследственные признаки могут быть переданы последующим поколениям.

Мутации, возникающие в пределах нескольких пар оснований, называются генными (точечными). Этот тип мутации связан с преобразованиями химической структуры ДНК. Изменение последовательности нуклеотидов, выпадение одних и включение других нуклеотидов в ДНК приводит к тому, что в клетке начинает синтезироваться новый белок, что вызывает появление у потомков новых свойств, которые могут проявляться в виде склонности к онкологическим заболеваниям.

Мутации, затрагивающие структуру хромосом, называют хромосомными аберрациями. К этому типу относятся разрывы и различные типы перестроек хромосом. При этом образуются фрагменты, которые, имея "липкие" концы, могут воссоединяться, восстанавливая первоначальную структуру. Однако воссоединения могут быть неправильными, что приводит к образованию перестроек. Стоит отметить, что выживаемость клеток обратно пропорциональна числу хромосомных нарушений.

С увеличением дозы облучения увеличивается не столько степень поражения облученных клеток, сколько доля пораженных клеток. Даже при очень малых поглощенных дозах возможна гибель отдельных клеток, а при заведомо смертельных дозах отдельные клетки могут выжить.

6.1.4. Шкала биологических эффектов     Таблица 6.1

Доза,Гр

Биологический эффект

<10-3

Угнетение жизнедеятельности (прекращение деления клеток)

10-3-2*10-3

Оптимум

2*10-3-5*10-2

Стимуляция жизнедеятельности (стимуляция деления клеток)

5*10-2-1*10-1

(0,1Гр) Появление мутаций

0,1-0,5

Временная мужская стерильность

0,2-0,5

Лейкемический диапазон

0,5-1,0

Нарушение кроветворения, лейкоцитопения и эритроцитопения, удвоение числа мутаций, появление злокачественных новообразований

1,0-2,0

Иммунодефицитное состояние, легкая степень лучевой болезни

2,0-4,0

Средняя степень тяжести лучевой болезни, сокращение жизни

4,0 - 6,0

Костно-мозговой синдром, летальный исход через 2-4 месяца

6,0-10,0

Кишечный синдром, летальный исход через 1 - 2 недели

10,0-100

Церебральный синдром, летальный исход через 48 часов

более 100

Мгновенная смерть

6.2.Действие доз радиации

Действие радиации на органы, ткани и целостный организм не сводится к суммарному эффекту повреждения клеток биологического объекта, особенно в области доз ниже однократно летальных. Организм обладает новыми возможностями противодействия последствиям радиационного облучения, нежели отдельные органы и ткани. На тканевом уровне радиобиологические эффекты можно разделить на стохастические и нестохастические (рис. 6.2).

6.2.1. Классификация радиационных эффектов

Рис.6.2.Классификация радиационных эффектов

К нестохастическим (неслучайным) относят последствия действия больших доз, когда неизбежно и закономерно возникают патологические изменения, являющиеся неслучайными. Нестохастические эффекты рассматриваются как результат коллективного поражения определенной доли клеток в подвергшемся воздействию облучения органе или ткани. Поэтому:

Тяжесть нестохастических эффектов зависит от количества поврежденных клеток, поскольку с возрастанием дозы их количество может достичь уровня, когда наступают функциональные и структурные нарушения облученной ткани.

К таким повреждениям относятся, прежде всего, ближайшие последствия: острые лучевые поражения, в том числе острые лучевые болезни как результат кратковременного, преимущественно общего облучения организма. Нестохастические эффекты характерны также для отдельных тканей (катаракта, повреждения кожи - эритема, угнетение костномозгового кроветворения, бесплодие и т.д.). Другие нестохастические эффекты (хрупкость, ломкость, неэластичность) могут возникать в соединительной ткани (сухожилия, кости) и в кровеносных сосудах.

Для этих эффектов тяжесть поражения, согласно данным МКРЗ, зависит от полученной дозы, и для них должен существовать четкий порог дозы, ниже которого тот или иной нестохастический эффект не наблюдается. (В этом состоит пороговая концепция действия радиации).

Стохастическими (вероятностными) называют такие эффекты, вероятность которых возрастает пропорционально дозе. Такие эффекты являются следствием того, что каждый двойной разрыв ДНК, являясь сам по себе вероятностным процессом, имеет, кроме того, и вероятностную природу для проявления как в виде мутации, так и в виде раковой опухоли. Подобные реакции (генетические и канцерогенные эффекты) считаются беспороговыми и проявляются в результате действия малых доз радиации. При этом считается, что даже единичный акт ионизации может вызвать нарушения некоторых наследственных механизмов, приводящих к стохастическим эффектам.

Однако деление эффектов на стохастические и нестохастические несколько условно. По крайней мере, некоторые нестохастические эффекты можно рассматривать как последствия стохастических, поскольку обе группы эффектов могут быть обусловлены общими повреждениями клеток.

Ионизирующее излучение поражает в разной степени все ткани и органы, но причиной гибели организма является поражение какого-либо одного органа, который в данной ситуации является критическим.

Критическими называются органы, первыми выходящие из строя в данном диапазоне доз облучения. Вследствие необратимого поражения соответствующих систем организма (кроветворной, кишечника и центральной нервной системы) развиваются основные клинические синдромы: костномозговой (кроветворный), желудочно-кишечный и церебральный:

1)Костно-мозговой синдром характеризуется кровоточивостью, анемией, понижением иммунитета вследствие недостатка в крови тромбоцитов, эритроцитов и лейкоцитов. Однако кроветворная система обладает способностью к значительной регенерации, и если доза облучения менее некоторой критической величины, то функции кроветворения полностью восстанавливаются (Д4-6Гр).

2)Желудочно-кишечный синдром - признаки и симптомы включают боли в желудочно-кишечном тракте, потерю аппетита, тошноту, рвоту, вялость, инертность и возрастающую острую депрессию. Диарея вызывает сильное обезвоживание организма, в результате чего изменяется объем крови, нарушаются обменные процессы. Это приводит к изменениям в составе крови и появлению инфекций (Доза от 6Гр до 30Гр).

3)Церебральный синдром - симптомы проявляются в виде раздражительности, чрезмерного возбуждения, судорог и комы. Эти симптомы связаны с повреждением нервных клеток и кровеносных сосудов головного мозга. Синдром может продолжаться от нескольких минут до двух суток в зависимости от дозы. Он является необратимым, лечение может быть только симптоматическим с целью уменьшить страдания (Д30Гр).

6.2.2. Действие больших доз радиации. Лучевые болезни

Установлено, что в органах, состоящих в основном из неделящихся клеток, лучевые дефекты проявляются поздно, вызывая отдаленные последствия. Если же в органах и тканях происходит процесс интенсивного деления клеток, то поражение радиацией этих органов заметно уже при малых дозах.

Пример: половые железы отличаются повышенной чувствительностью к облучению. Однократное локальное облучение семенников дозой 0,1 Гр приводит к временной стерильности мужчин, а доза выше 2 Гр может привести к полной стерильности. Яичники менее чувствительны к облучению, однако доза 1 - 2 Гр вызывает временное бесплодие женщин сроком на 1 - 3 года, а острое облучение дозой 3 Гр и более приводит к бесплодию.

Кожа человека представляет собой активно обновляющуюся клеточную систему, поэтому она в целом радиочувствительна. При локальном облучении умеренными дозами 3 - 8Гр возникает характерное покраснение кожи (эритема), которое проходит через 25 - 60 часов. Вторая фаза наступает через 2-3 недели. Она сопровождается потерей слоев эпидермиса. Состояние кожи близко к первой степени термических ожогов.

При облучении дозой 10Гр и более вторая фаза эритемы очень болезненна, соответствует термическим ожогам второй степени и может длиться очень долго. При дозах 3 - 4Гр также наблюдается эпиляция (выпадение волос) в течение 1-3 недель, но рост волос может возобновиться. При более высоких дозах происходит полная потеря волос. Одним из последствий облучения являются воспалительные процессы в глазах и помутнение хрусталика (катаракта). Воспалительные процессы проявляются при дозах 3 - 8Гр, а катаракта у человека возникает при дозах более 6 Гр. Легкие являются наиболее чувствительным органом грудной клетки. При локальном облучении дозами порядка 3 - 6 Гр возможно возникновение радиационной пневмонии, а при дозах 25 Гр и выше наблюдается острая легочная недостаточность.

Из органов пищеварения наиболее чувствительным является тонкий кишечник, поражение которого обусловливает желудочно-кишечный синдром. В порядке убывания радиочувствительности следуют слизистая полости рта, слюнные железы, пищевод, желудок, толстый кишечник, поджелудочная железа и печень.

Сердечно-сосудистая система достаточно резистентна (не чувствительна) к облучению. Однако при облучении дозами выше 4Гр обнаруживается уменьшение восстановления сосудов, повышается их хрупкость, снижается эластичность.

При локальном облучении развивающегося плода в чреве матери наблюдаются врожденные уродства, умственная отсталость, задержка роста, смертельный исход. Суммируя все немногочисленные данные, можно сделать вывод, что при дозе 0,5 Гр наблюдается гибель эмбриона или возникновение пороков развития. Поэтому, если доза облучения в течение первых 6 недель превышает дозу 0,1 Гр, следует рекомендовать прерывание беременности. По этой же причине не рекомендуется проводить рентгеновское обследование беременных женщин.

таблица 6.2

Радиационные эффекты

Дозы, Зв(Гр*К)

Орган, ткань

Эффект

0,1

плод

врожденные уродства

0,5

все тело

рвота

1,0

все тело

ранняя смерть

3,0

гонады

стерильность, бесплодие

3,0

кожа

эритема, эпиляция

5,0

хрусталик глаза

катаракта

5,0

легкое

радиационная пневмония

10,0

легкое

ранняя смертность

10,0

щитовидная железа

гипотериоз

Ионизирующее излучение может вызывать лучевое поражение человека, степень и характер которого обусловлены поглощенной дозой, распределением этой дозы в пространстве и во времени.

6.2.2.1. Лучевая болезнь

- это комплексная реакция организма на воздействие больших доз ионизирующих излучений.

Острая лучевая болезнь возникает как реакция организма в результате однократного внешнего равномерного облучения в дозах от 1 до 10 Гр и более. В зависимости от полученной дозы острая лучевая болезнь имеет три степени тяжести:

1ст. - легкая (1-2 Гр),

2ст. - средняя (2-4 Гр), 

3ст. - тяжелая (4-10 Гр). иногда используют понятие: 4ст. >6Гр – крайне тяжелая.

Клиническая картина развития острой лучевой болезни очень сложна и состоит из ряда стадий с чередованием периодов улучшения и ухудшения общего самочувствия.

При длительном облучении организма в относительно малых дозах развивается хроническая лучевая болезнь. К ее возникновению может привести ежедневное общее облучение 0,1 - 0,5Гр при достижении суммарной дозы 0,7 - 1,0 Гр. При этом наблюдаются волнообразные изменения со стороны кроветворения, причем продолжительное время сохраняется возможность восстановления клеточного состава крови. Наряду с изменениями    в    крови    наблюдается    нарушение    нервной,    сердечно-сосудистой, эндокринной систем. Хроническая лучевая болезнь может развиваться при длительном местном облучении или избирательном накоплении радионуклидов в отдельных органах. Клиническая картина хронической лучевой болезни определяется радиочувствительностью органа или ткани, а также зоной преимущественного облучения.

6.2.2.2. Опосредованное действие радиации

Часть облученных клеток полностью восстанавливает свои функции, другая часть претерпевает различные физиологические, биохимические изменения, утрачивает свои биологические функции. Повреждение в облученном организме одних систем неизбежно вызывает реакцию и изменение в других. Это явление носит название опосредованного действия радиации. Подтверждением этому могут служить следующие факты:

1) Сравнение физиологических, биологических и других нарушений в некотором органе при облучении всего организма и нарушений при локальном облучении этого же органа одной и той же эквивалентной дозой показывает, что нарушения выражены существенно сильнее в случае общего облучения. Это отличие учитывается коэффициентом риска.

2) Гибель клеток костного мозга имеет место не только в облученных, но и в экранированных зонах, защищенных от радиационного воздействия. Правда, в экранированных зонах гибель выражена значительно слабее.

3) Изменения генетического аппарата обнаруживаются и в облученных, и в экранированных клетках.

4) Введение необлученным животным крови облученных особей воспроизводит многие симптомы лучевой болезни.

Эти аргументы позволяют заключить, что лучевая патология формируется не только при прямом поражении ионизирующим излучением, но и в результате опосредованных эффектов.

Лучевое воздействие приводит к снижению устойчивости организма к инфекциям: уменьшается естественная сопротивляемость организма, угнетается приобретенный иммунитет. Снижение иммунитета наблюдается и при хроническом облучении малыми дозами. Подавление иммунитета в облученном организме - сложный процесс, в основе которого лежат биохимические и биофизические нарушения в клеточных структурах.

Одним из большого многообразия опосредованных эффектов облучения является появление в облученном организме токсических веществ, получивших название "радиотоксины".

Итак: Первичная реакция, развивающаяся при облучении не может быть объяснима  повреждением только критических систем (органов). – существенный фактор – опосредованные эффекты облучения.

6.2.3.Действие малых доз радиации

Радиобиологические эффекты, проявляющиеся в результате действия малых доз радиации, носят, как правило, вероятностный характер. По этой причине нельзя достоверно сказать, как изменяется зависимость эф-кт -доза в этом диапазоне доз. Существуют различные гипотезы (рис. 6.3): 1) модель, учитывающая наличие пороговой дозы (данные, полученные при изучении действия радиации на отдельную клетку, нельзя переносить на весь организм. Поэтому в области допороговых доз радиационные эффекты не возникают и необхо-мо только установить пороговые дозы для всех эффектов -кривая 1).

Рис.6.3. I- область больших доз; II- область малых доз

2)Модель слабого влияния малых доз (организм имеет некоторый запас прочности к колебаниям естественного фона и при малых дозах число эффектов незначительно-кривая 2). 3)Модель аномально неблагоприятного действия малых доз (кривая 3). 4)Основная модель - беспорогового действия радиации (кривая 4). Эта концепция основана на предположении, что нет причин, по которым ход зависимости эффект -доза при малых дозах должен отклоняться от хорошо подтвержденного известного диапазона достаточно больших доз.

В основе беспороговой концепции действия радиации лежат два постулата:

•   как бы ни была мала доза, всегда существует риск радиационного поражения, или не существует такой дозы, при которой риск был бы равен нулю;

•    если доза удваивается, то риск удваивается тоже, т.е. в области малых доз кривая эффект - доза имеет линейный вид, как и в области известных эффектов.

В настоящее время не существует экспериментальных данных, подтверждающих или опровергающих беспороговую концепцию действия радиации. Основным источником информации являются исследования Национального института здоровья (Япония) и Комиссии по изучению последствий атомных бомбардировок (США). Под наблюдением находилось около 110000 человек, непосредственно облученных, 2800 человек, облученных внутриутробно, и 54000 детей, рожденных от облученных родителей, а также некоторое количество облученных в других инцидентах. Выявлено три группы эффектов:

1)эффекты, для которых установлена четкая зависимость от дозы (злокачественные опухоли, катаракты, задержка умственного развития для облученных внутриутробно);

2)эффекты, для которых установлена предполагаемая зависимость от дозы (некоторые злокачественные опухоли нервной системы, кишечника, пищевода, слюнных желез, кроветворной и лимфоидной систем);

3)эффекты, для которых дозовой зависимости не установлено (хронический лимфолейкоз, злокачественные опухоли костной ткани, бесплодие, врожденные дефекты, увеличение смертности в первом поколении).

Учитывая все это, МКРЗ считает, что при облучении в малых дозах нельзя полностью исключить возникновение отдаленных стохастических последствий в виде злокачественных опухолей и генетических эффектов. Т.е., при нормировании радиационного воздействия целесообразно принять гипотезу отсутствия порога для возникновения названных эффектов и пользоваться линейной зависимостью (рис. 6.3, кривая 4). Эта концепция беспороговости действия радиации означает отказ от представлений о безвредности облучения в дозах, ниже допустимых. Она позволяет на основе данных, полученных при дозах 0,7 - 1 Зв и выше, путем экстраполяции установить вероятность возникновения опухолей и генетических повреждений при облучении в малых дозах.

Стоит отметить:

Определение величины пороговой дозы - весьма сложная задача. Так, граница, разделяющая опасность - безопасность, постоянно изменяется. Первоначально в качестве границы выбиралась доза 1 Гр, необходимая для возникновения лучевой болезни. После обнаружения устойчивых изменений со стороны кроветворной системы (лейкоцитопения и эритроцитопения) при дозах облучения порядка 0,7 Гр граничная доза была уменьшена. Многочисленные эксперименты (лучевая терапия) и происшествия, связанные с облучением, свидетельствуют о том, что при дозах облучения, не превышающих 0,7 Гр, установить заметное повышение числа онкологических заболеваний не удается, что обусловлено большим латентным периодом и неспецифичностью последствий действия радиации.

 Однако: поскольку наблюдение за жертвами бомбардировок в Японии показало, что при дозах 0,25 - 0,5 Гр число заболеваний лейкемией незначительно увеличивается (лейкемический диапазон), то в последних Рекомендациях МКРЗ в качестве граничной дозы указывается 0,35 Гр, При этом учитывается, что кроветворная система является наиболее радиочувствительной и нет никаких оснований считать, что в отношении онкологических заболеваний порог будет ниже "лейкемического", скорее наоборот. Во всяком случае в Рекомендациях МКРЗ отмечается, что оценки радиационого риска, полученные по беспороговой концепции, следует воспринимать как теоретически максимально возможные, практически маловероятные, а при дозах ниже 0,25 Гр - невероятные, причем речь идет о дозах без учета радиационного фона, поскольку все данные получены в его присутствии.

6.2.4. Отдаленные последствия действия радиации

Острые эффекты облучения проявляются либо непосредственно, либо спустя несколько суток или недель после облучения. Они обычно проявляются в органах и тканях с быстроделящимися клетками. В медленно-делящихся и неделящихся тканях, таких как легкие, печень, почки, сердце и т.д., наблюдается широкое разнообразие всевозможных изменений, но спустя значительный промежуток времени после облучения (десятки лет). В этих органах и тканях возникают различные болезненные явления, которые называют отдаленными последствиями облучения.

Одним из универсальных отдаленных эффектов облучения является сокращение продолжительности жизни. Наблюдения за жертвами бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, а также исследования причин смертности врачей-радиологов показали, что сокращение продолжительности жизни следует отнести за счет увеличения числа заболеваний крови (лейкозов) и рака.

Многочисленные данные показывают, что на 1 Гр дозы внешнего облучения происходит уменьшение продолжительности жизни в среднем на 5 %. Было обнаружено увеличение на 15 % частоты смертности среди людей, находившихся в радиусе 1200 м от эпицентров взрывов. Смертность наступала исключительно в результате лейкемии. Однако исследования показали, что уменьшение продолжительности жизни вследствие облучения нельзя полностью объяснить возникновением опухолей и что определенную роль могут играть неспецифические эффекты. В настоящее время МКРЗ не считает, что доказательства уменьшения продолжительности жизни вследствие облучения человека являются достаточными для количественного определения этой опасности, однако не отрицает опасности этого последствия облучения. Первыми в группе раковых заболеваний являются лейкозы. Максимальное развитие лейкозов после двухлетнего скрытого периода приходится в среднем на 6 — 7 лет после облучения (рис. 6.4). По оценкам НКДАР, при облучении    каждого    дозой 1 Гр умрут от лейкозов в среднем 2 человека из 1000 (вероятность заболевания 0,002). (Смертность от лейкозов среди японцев стала резко снижаться в 70-е годы).

 Рис 6.4.Вероятность заболевания раком

Самыми распространенными видами раковых заболеваний, вызванных действием радиации, являются: рак молочной железы и рак щитовидной железы. Примерно у 10 из 1000 облученных возникает рак щитовидной железы, а у 10 из 1000 женщин - рак молочной железы на каждый 1 Гр поглощенной дозы (вероятность 0,01).  Однако оба вида рака в принципе считаются излечимыми. Считается, что смертность от рака щитовидной железы особенно низка, менее 10 %. По данным врачей, в Белоруссии наблюдается аномально высокий уровень злокачественности рака щитовидной железы (более 50 %), тогда как в Японии этот показатель составил 18 %. Доля больных раком щитовидной железы детей в Белоруссии составляет более 100 случаев на 1 млн в год. В среднем в мире этот показатель составляет от 0,5 до 3 случаев.

Рак легких относится к практически неизлечимым видам и принадлежит к распространенным разновидностям рака среди облученных людей. Согласно оценкам в группе лиц из 1000 человек, возраст которых превышает 35 лет, 5 человек умрут от рака легких при облучении дозой 1 Гр (вероятность 0,005), тогда как в группе, состоящей из всех возрастов, - лишь половина этого числа (вероятность 0,0025).

Раковые заболевания других органов и тканей встречаются реже. Согласно оценкам НКДАР, вероятность возникновения рака желудка, печени, кишечника не превышает 1 из 1000 (0,001), а риск возникновения рака костной ткани, пищевода составляет 2-5 случаев на 10000 облученных дозой 1 Гр (0,0002 - 0,0005).

Необходимо отметить, что различные факторы, дополняя друг друга, вызывают более значительный эффект, причем он не равен просто сумме эффектов. Разного рода канцерогены, действуя одновременно, могут во много раз усиливать вероятность заболевания (рис. 6.5), поэтому для людей, подвергшихся облучению, особенно важным является фактор нормального здорового образа жизни и питания.

Рис.6.5. Смертность N(отн.ед. – ось ординат) от рака органов дыхания как функция дозы для рабочих урановых рудников: 1 - некурящие; 2 - "умеренно" курящие (менее 20 сигарет в день); 3 - "заядлые" курильщики (более 20 сигарет в день).

Изучение генетических последствий связано с определенными трудностями:

достаточно   мало   известно   о том, какие повреждения возникают в генетическом аппарате человека при облучении;

•   полное выявление  всех наследственных эффектов происходит   лишь на протяжении многих поколений;

• эти эффекты невозможно отличить от тех, которые возникают совсем   по   другим   причинам (экология, вирусы и т.д.).

Ситуация усугубляется тем, что около 10 % всех живых новорожденных имеют наследственные дефекты, начиная с необременительного дальтонизма и заканчивая такими тяжелыми состояниями, как синдром Дауна, хорея Геттингтона, другие пороки развития. Согласно данным НКДАР, вероятность появления генетических отклонений оценивается не более чем 4 случая на 100000 облученных дозой 1 Гр (0,0004).

6.2.5. Действие инкорпорированных радионуклидов

Радионуклиды, попавшие в организм, называются инкорпорированными. В отличие от внешнего облучения, опасность радионуклидов, попавших внутрь, обусловлена рядом причин:

1. Некоторые радионуклиды обладают способностью избирательно накапливаться в отдельных органах и тканях, называемых критическими (до 30 % йода накапливается в щитовидной железе, которая доставляет только 0,03 % массы тела). Локальные поглощенные дозы в этом органе могут оказаться большими.

2.  Для оценки суммарного содержания радионуклида в организме служит отношение максимально накопленного количества данного элемента в организме или органе к величине ежедневного поступления. Это отношение называют кратностью накопления. Кратность накопления зависит от скорости всасывания изотопа, скорости его выведения из организма, периода полураспада (табл. 6.3).

Таблица 6.3

Кратность накопления радионуклида в критических органах в расчете на 1 кг массы

Орган или ткань

Элемент

Кратность накопления

Щитовидная железа

I-131

164

Скелет

Sr-90

Ra-226

Cs-134(137)

91

46

2,6

Мышцы

K-40

1,4

Для инкорпорированных радионуклидов характерно значительное время облучения до момента выведения нуклида из органа или уменьшения активности вследствие радиоактивного распада нуклида. Продолжительность облучения зависит от периода полураспада Т1/2 и периода его полувыведения из организма Тв, представляющего время, в течение которого количество радиоактивных изотопов в организме уменьшается вдвое. С учетом этого вводится эффективный период Тэфф, представляющий время, в течение которого активность изотопа уменьшается вдвое:

     (6.1)

С увеличением Тэфф возрастает, как правило, радиотоксичность изотопа. Это происходит вследствие того, что растет суммарная доза излучения. При инкорпорировании радионуклидов с периодом полураспада более 10 лет на первый план выступает их химическая токсичность; для радионуклидов с периодом полураспада, равным примерно 10 годам, проявляются в равной степени и радиационная, и химическая токсичность, а для радионуклидов с периодом полураспада менее года - преимущественно радиационная. При низкой концентрации вклад химической токсичности будет минимальным или вообще не проявится.

Однако: исследований о химической токсичности стабильных ядер, образующихся в результате распада радионуклидов, практически нет. Например, высоко биологически активный цезий превращается после распада в барий, который образует химически токсичные соли (за исключением сульфата бария).

Из-за радиоактивного распада и обмена происходит либо уменьшение концентрации радионуклидов в организме при однократном поступлении, либо накопление при хроническом поступлении. Поэтому при расчете поглощенной дозы, созданной инкорпорированными радионуклидами, следует учитывать параметр Тэфф (табл. 6.4 – 6.6).

Таблица 6.4

Коэффициенты всасывания и периоды полувыведения радиоактивных изотопов

Элемент

Изотоп

Коэффициент всасывания

Тв,

сут

Т1/2,

лет

ЖКТ

легкие

Тритий

13Н

1,0

1,0

12

12,3

Углерод

14С

1,0

0,75

10

6730

Калий

40К

1,0

0,75

58

1,29*109

Стронций

90Sr

0,3

0,45

18000

29,1

Йод

131I

1,0

0,75

120

8,04 сут

Цезий

137Cs

1,0

0,75

70

30

Плутоний

239Pu

0,0005

0,25

65000

2,4*104

Примечание: ЖКТ – желудочно-кишечный тракт

Таблица 6.5

Биологические Тв, и эффективные Тэфф периоды полувыведения радионуклидов цезия из некоторых органов и эффективная энергия Еэфф, передаваемая этим органом при облучении (определяет коэффициент качества)

Орган или ткань

Тв,сут

Тэфф, сут

Еэфф, МэВ/расп

134Cs, 137Cs

134Cs

137Cs

134Cs

137Cs

Все тело

70

64

70

1,1

0,59

Мышечная ткань

140

118

138

1,1

0,59

Легкие

140

118

138

0,57

0,41

Почки_

42

40

42

0,46

0,36

Селезенка

98

87

97

0,46

0,37

Печень

90

80

89

0,57

0,41

Кости

140

118

138

0,99

1,4

Таблица 6.6

Биологические Тв, и эффективные Тэфф периоды полувыведения радионуклидов cтронция из некоторых органов и эффективная энергия Еэфф, передаваемая этим органом при облучении при облучении

Орган или ткань

Тв,сут

Тэфф, сут

Еэфф, МэВ/расп

89Sr, 90Sr

89Sr

90Sr

89Sr

90Sr

Все тело

1,3*104

50,3

5700

0,55

0,21

Кости

1,8*104

50,4

6400

2,8

1,1

 Накопление радионуклидов в организме или отдельном органе при их длительном поступлении описывается формулой:

,     (6.2)

где А - активность радионуклидов в рассматриваемом органе, Бк, Fскорость поступления радионуклидов в организм (орган), Бк/cym; t - время накопления, сут; Тэфф - эффективный период полувыведения радионуклидов, сут. 

 При хроническом поступлении радиоактивного цезия его общее содержание в организме увеличивается, но довольно скоро, как следует из формулы, примерно через год, наступает равновесие, поскольку [lехр(- 0,693 t/Tэфф)] 1. Это означает, что ежедневное поступление цезия уравновешивается его биологическим выведение и распадом. При хроническом поступлении радионуклидов стронция-90 происходит их постепенное накопление преимущественно в костной ткани. Эффективный период их полувыведения при этом значительно увеличивается. Стронций-90 относится к тем радионуклидам, которые не достигают равновесия в организме человека даже в течение 50 лет. Это означает, что его ежесуточное поступление приводит к постепенному накоплению.

Эквивалентную дозу внутреннего облучения организма (органа) взрослого условного человека можно оценить по формуле:

Экв.Д=Dэкв=(АEэфф*t)/m,      (6.3)

где А - равновесная активность радионуклидов в облучаемом организме (органе), Бк; Еэфф - эффективная энергия радионуклидов, передаваемая органу при распаде каждого ядра с учетом биологической опасности излучения (см. табл. 6.5, 6.6); t - время облучения, с; т - масса облучаемого организма (органа), кг.

Для инкорпорированных радионуклидов характерна высокая поражающая способность  и -излучением, которые несущественны при внешнем облучении вследствие низкой проникающей способности.

Как уже отмечалось, существуют три пути поступления радионуклидов в организм: через легкие (ингаляционный); с пищей и водой в желудочно-кишечный тракт (пероральный); через кожу.

Наиболее опасен путь поступления радионуклидов в организм с пищей и водой. При всасывании из желудочно-кишечного тракта радиоактивных продуктов имеет значение коэффициент всасывания (резорбции), характеризующий долю вещества, поступающего из желудочно-кишечного тракта в кровь. В зависимости от природы и химических особенностей радиоизотопа процент всасывания из желудочно-кишечного тракта колеблется от сотых долей (цирконий, редкоземельные элементы) до нескольких процентов (рутений, полоний), десятков процентов (стронций, радий) и стопроцентного всасывания (тритий, калий, йод, цезий).

 Из-за большого объема легочной вентиляции (в день человек вдыхает примерно 20м3 воздуха) высока опасность ингаляционного попадания радионуклидов. Радиоактивность воздуха обычно обусловлена содержанием в нем радиоактивных аэрозолей, существующих в виде пыли, тумана, дыма. Доля радионуклидов, которая задерживается в дыхательной системе, зависит от размера пылинок, частоты дыхания. В общем случае, согласно рекомендациям МКРЗ, для расчетов принимается диаметр аэрозолей 1 мкм и следующее распределение вдыхаемого вещества: выдыхается 35 %, осаждается в верхних дыхательных путях 30 %, осаждается в альвеолах легких 25 %, около 8 % откладывается в трахее. Дальнейшая судьба осевшего радионуклида связана с его физико-химическими свойствами и транспортабельностью в организме. Хорошо растворимые вещества в течение нескольких десятков минут проникают в кровь. Слаборастворимые удаляются из верхних дыхательных путей, поступая, как правило, в желудочно-кишечный тракт.

Усвоение радионуклидов через неповрежденную кожу в 200 - 300 раз меньше, чем через желудочно-кишечный тракт. Только оксид трития, нитрат уранила и изотопы йода легко проникают через кожу и поступают в кровь.

По характеру распределения нуклидов в организме выделяют несколько групп  изотопов:

 остеотропные - накапливаются в костях (кальций, стронций, торий, радий, итрий, цирконий);

накапливающиеся в печени (полоний, церий);

концентрирующиеся в мышцах (калий, рубидий, цезий);

в селезенке и лимфатических узлах (рутений, ниобий);

в щитовидной железе (йод);

равномерно распределяющиеся в организме (тритий, углерод, инертные газы) (табл. 6.7).

Таблица 6.7

Период полураспада Т1/2. Период биологического выведения Тв, и эффективная энергия Еэфф некоторых радионуклидов при воздействии их излучения на критический орган

Радионуклид

Критический орган и его масса

Tl/2, сут

Тв, сут

Еэфф, 10-13 Дж/расп.

=МэВ/расп

40К 

все тело, 70 кг мышечная ткань, 28 кг

4,67*1011

58

0,96

60Сo

все тело

печень, 1,8 кг

1,9*103

9,5

2,4

1,15

90Sr

костная ткань, 7 кг

все тело

1*104

1,8*104

1,76

0,34

90Y

костная ткань

все тело

2,67

1,8*104

7,04

1,42

131I

все тело

щитовидная железа, 20 г

8,04

138

0,66

1,28

137Cs

все тело

мышечная ткань: взрослый чел./ подросток /новорожденный

1,1*104

70 /45/ 10

0,94

198Аu

все тело

2,7

120

0,93

239Pu

все тело

костная ткань

8,9*108

6,5*104

7,3*104

84,8

43,2

238U

все тело

кости

1,6*1012

3300

300

68,8

352

6.3. Радионуклиды и растительный мир

В растительные организмы радионуклиды попадают:

1) Во время атмосферных осадков;

2)При фотосинтезе (углерод и тритий  участвуют в образовании углеводородов, белков и других компонентов растительной ткани);

3)Из почвы.

Авария на ЧАЭС совпала с разгаром с/х работ и вегетацией – выпавшие нуклиды осели на листьях деревьев. Сейчас радионуклиды мигрируют в растения через корневую систему (в основном). Из почвы потребляются лишь те изотопы, которые растворяются в воде: Sr-90, I-131, Ba-140, Cs-134,137, Ce-144(церий).

Для уменьшения поступления в растения Sr-90 – почву кальцинируют и тем самым уменьшают радиоактивность в растительности. В почвы, загрязненные Cs-134,137 в разумных пределах вносят калийные удобрения.

Накопление радиоизотопов растениями зависит и от типа почвы и от ее водного режима. Меньше накапливают радионуклидов произрастающие на песчаных и подзолистых почвах.

При этом экспериментально установлено,  что осколочные продукты цезия и стронция в Белорусском  Полесье аномально  подвижны при одинаковой загрязненности почв в растениях зоны их оказывается обычно в 3 — 5 раз больше, в других географических районах.

Скорость  поступления нуклидов  в растения зависит от   плотности   загрязнения   почвы   и   форм подвижности   нуклидов.   На   перепаханных   полях усваиваются   быстрее,   на   невспаханных  - медленнее.   На   переувлажненных    угодьях   почти четвертую часть рутения-106 и цезия-137 находили корнях,   около   2/3   —   в   прикорневой   почве   и небольшую долю в почве, где не было корневой системы. На песчаной, свободной от корней почве содержится      больше   цезия-137,   чем      на увлажненной. Накопление стронция-90 в растениях не  зависит  от  вида  почвы,   а  лимитируется формой   нахождения   в   ней   нуклида.   Стронций-90 попадает в  организм  в основном  с картофелем и овощами.   Существует   также   выраженная   зависимость между   количеством   обменного   кальция   в  и   содержанием   стронция-90   в   растениях: чем больше в почве обменного кальция, тем меньше радионуклида поступает в растения.

Очень активно всасывают микроэлементы, в том числе радиоактивные   вещества:   лишайники,   мхи,  грибы,    бобовые, злаки -    так   называемые растения-концентраторы. Из дикорастущих ягод таким свойством обладают: клюква, малина, черника земляника, голубика, крушина. Правда их «загрязненность» зависит от уровня радиоактивности почвы. В лесу он всегда выше. В то же время выращенные на приусадебном участке ягоды обычно пригодны в пищу. Из огородных растений повышенное содержание стронция и цезия накапливается в укропе, шпинате, петрушке, лекарственных растениях. Но не все органы растения «загрязняются» одинаково. Более всего радиоактивных веществ накапливают семена.

По  количеству  цезия-137  от  меньшего  к  большему  растения  можно  расположить  в  ряд:   пшеница<ячмень<горох<гречка<овес<фасоль<кар-тофель<морковь<свекла<бобы.    Салат    и    ботва многих растений накапливают в 5—50 раз больше нуклидов, чем зерно и корнеплоды. Большое количество накапливают огурцы,  морковь,  томаты,  небольшое   —   лук,   капуста,   свекла.   Накапливают нуклиды тимофеевка, тысячелистник, клевер. Устойчиво чистые корма луговых трав можно получить, если уровень загрязнения по цезию-137 не превышает   555   кБк/м2.   В   то   же   время   клевер,   пригодный  для  кормления,   получают  при   плотности загрязнения изотопами цезия до 925 кБк/м2,  злаковые травы  — до  1480 кБк/м2.  

Необходимо при этом   помнить,   что   загрязнение,   превышающее   в 2—3 раза корневой путь поступления,  происходит в период уборки урожая. Поэтому следует использовать следующие приемы:

—    на   загрязненных    нуклидами   территориях необходимо использовать только прямое комбайнирование  зерновых   культур,   уборку   проводить   на максимально высоком срезе (10—15 см);

—   уборку многолетних трав и травостоя лугов и  пастбищ   на   сено   следует   проводить   без   свала; на почву, а просушку травы осуществлять на специальных   площадях,  лучше  принудительным  способом.

Естественное   самоочищение  лугов   от   нуклидов колеблется  от   5   до   15%.   Считается,   что  проведение разумных агротехнических мероприятий может снизить коэффициенты перехода нуклидов в растения  в   1,3 —16,2   раза   и   более,   особенно  на   минеральных и торфяных  почвах.  Этому способствуют следующие мероприятия:

- более   глубокая   (на   5   см   больше   обычной) перепашка загрязненных пахотных угодий и перепашка с полным оборотом пласта,  что способствует  снижению  количества  нуклидов  в  корнеобитаемом слое  почвы,  уменьшению пылепереноса  и  понижению в 3—4 раза экспозиционной дозы;

- известкование почв, имеющих кислую реакцию, что уменьшает переход нуклидов из почвы в растения;

- ежегодное внесение на загрязненных  пахотных угодьях   повышенного   количества  удобрений, главным   образом   фосфорно-калийных,   что   повышает урожайность, улучшает минеральное питание растений и снижает поступление нуклидов в  растения;

- перепашка и удобрение естественных лугов и пастбищ, что уменьшает содержание нуклидов В корнях и снижает загрязнение скота при пастбищном содержании.

Проведение в первые годы перечисленных мероприятий позволило снизить загрязнение нуклидами растениеводческой продукции в 1,5—2 раза, хотя планировалось в 3—4 раза. Активными накопителями нуклидов оказались такие древесные породы, как ива, береза, сосна и ель. Например, в годичных кольцах березы содержание стронция-90 в среднем в 7 раз выше, чем до аварии. Много нуклидов накапливается в коре и опаде листьев. Можно ожидать, что увеличение их количества в древесине будет продолжаться 2010-2016. В- В результате выпадения радиоактивных частиц и аэрозолей на леса на почве сконцентрировалось почти 3/4 общего количества нуклидов, однако за прошедшие годы произошло самоочищение почв. Ежегодное снижение количества нуклидов в верхнем 5-сантиметровом слое почвы в лесных массивах достигает 30—40 %.

Наиболее загрязнены леса Наровлянского, Хойникского, Брагинского, Добрушского, Ветковского, Светлогорского, Чечерского и Чериковского районов. В лесах Брестской, Гомельской, Могилевской  и   Минской   областей   выделены   зоны,   в   которых запрещается сбор ягод грибов и заготовка лекарственных растений.

Особo    чувствительны    к    облучению    сосновые леса.   Не  выдержали  большой  дозы  (80—100  Гр) и  погибли сосновые  деревья  на  400га  в  окрестностях  ЧАЭС.  Доза  облучения в  10  раз меньшая убила   только  некоторые  деревья,   особенно  в   возрасте   10—12   лет  и  вызвала   повреждения  почти всего  молодого  подроста.   После   облучения  сосны дозой   3—4   Гр  развились   морфологические  изменения. Лиственные породы деревьев (береза, осина, дуб, ива, тополь и др.) таким изменениям не подверглись. Это подчеркивает большую радиационную их   устойчивость,   обусловленную   малым   по   сравнению с сосной размером клеточных ядер. В хронически облученных  популяциях  растений (экспозиционная  доза   5—10   мР/час)   появляются  представители с  измененным  кариотипом,  выявляются аберрации  хромосом   на   клеточном   уровне.   В   то же   время   простые   растения   (мхи,    лишайники) выдерживают  довольно   высокие  дозы   облучения. Угнетение роста обычно наблюдается на уровне 50—60 % летальной дозы для растений, цветения — 40—50  %, неспособность к образованию семян  - 25-35 % этой дозы. В сильно загрязненных лесах наблюдались такие аномалии, как карликовость, асимметричный рост, наличие утолщений, Старые листья, появившиеся до облучения, становятся суше, твердеют. У сосен укорачивается длина иголок. Радиационные эффекты в цветках могут стимулировать появление дополнительных бутонов, однако более высокие дозы больше благоприятствуют вегетации, чем цветению, и на месте цветков могут появляться видоизмененные листья.

6.4. Влияние радионуклидов на животных

В   организм   животного   нуклиды   попадают   с пищей.   Но   накапливаются   они   не   одинаково   не только разными  видами  животных,  птиц,  насекомых,   но   и   различными   их   органами.   Например, йод накапливается   в  щитовидной   железе   млекопитающих   и   человека,    стронций  -  в   скелете. Больше  накапливает  стронция  и   цезия  говядина, меньше свинина. Менее всего накапливают радионуклиды жиры. Попадая в организм     животных, различные радиоактивные вещества задерживаются в нем разное время:   и  несколько  дней,  и  годы.  Главный  путь их выведения — с переработанной пищей и жидкостями через   выделительные   органы.   Один   из этих органов - молочная   железа.   С   молоком коров выводится около 1 %  йода, стронция и цезия, поступивших с суточным рационом. Это очень большая величина, тем более, что молоко относится к основным  продуктам  питания  человека.   Характерно,  что   у   мелких   млекопитающих,   у   которых физиологические процессы протекают быстрее (козы,   овцы),   при   равной   загрязненности   пастбищ молоко более радиоактивно.

Действие радиации  на   животный  мир  изучено недостаточно. Известно, что очень высокие дозы приводят к гибели млекопитающих, меньшие - к заболеваниям,   генетическим   изменениям,   половым   расстройствам,  неспособности к  воспроизведению,  выкидышам. Установлено,   например,   что   инкорпорация  йода-131   в   начальный  период   Чернобыльской аварии привела к патологическим изменениям щитовидной железы у коров, оставшихся в 30-километровой   зоне,   снижению   массы   тела,   падежу. В первые 1—1,5 года после аварии удои снизились в   2—3   раза   и   начали   восстанавливаться   cnyстя 2 года. В течение одного года после аварии у животных   выросли  активность  ц-АМФ  и   осмотическая резистентность тромбоцитов, что указывало на изменение состояния клеточных мембран. Изменения происходили  на   фоне  снижения  показателей деятельности щитовидной железы. Понижалась устойчивость   животных   к   заболеваниям   (иммунологические   изменения).   Отмечались   повреждения семенников и изменения строения внутренних органов мышей, обитающих на загрязненных территориях, в   эритроцитах   возрастало   количество   микроядер. Особенно   чувствительными   к   действию   радиации оказались   обменные   процессы.   В   костном   мозге бурых  лягушек  возросло количество  хромосомных нарушений.   Возросла   численность   и   изменилось пространственное    распределение    зверей    и    птиц, живущих в зоне эвакуации населения. Объясняется это   снятием   беспокойства   и   созданием   условий заповедника для диких животных.

Основными    источниками    поступления   радиоактивности   в   организм   человека   являются   мясо-молочные продукты. Еще одна пищевая цепочка - обитатели   водоемов.   В   озерах   и   реках   тоже   существуют организмы-концентраторы,  жадно поглощающие   радиоактивные   вещества.   Радионуклиды обычно связаны  с аэрозольными и пылевыми частицами,  которые в воде оседают довольно быстро, и вся радиоактивность скапливается в  придонных илах. Поэтому некоторые водоросли, ракообразные, моллюски, придонные животные и растения загрязняются в сильной  степени.  У рыб происходит накопление  радионуклидов   в   печени   и   других   органах. Особенно сильно в икре.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20294. Русская художественная культура середины 50-х - 60-х годов XX века 266.5 KB
  В связи с разоблачением культа личности Сталина происходило преодоление откровенно лакировочного искусства особенно характерного для 30 40х годов. Коммерциализация литературы и искусства привела к распространению произведений не отличающихся высокими художественными достоинствами. В советской культуре наблюдались две противоположные тенденции: искусства политизированного лакирующего действительность и искусства формально социалистического но по существу критически отражающего действительность в силу сознательной позиции художника...
20295. Западно-европейский театр второй половины XIX века 264.5 KB
  Театр XIX в. европейский театр растерял многие свои ценные завоевания. Повсюду в театрах для высшего общества вновь воцарилось величественное но холодное искусство классицизма утратившего после французской революции 1789 1794 гг.
20296. Костюм и декорация 74.5 KB
  В спектаклях первого Русского сезона оформленных Бакстом Клеопатра и Рерихом Половецкие пляски у Бенуа сложились некоторые принципы новой сценографии хореографического театра. Ряд статей Бенуа под рубрикой Русские спектакли в Париже знакомит читателей газеты Речь с ходом сезонов. Они по словам Бенуа не только создавали обрамление в котором блистали Фокин Нижинский Павлова Карсавина Федорова и столько других но им принадлежала генеральная идея спектаклей. Но как бы то ни было в создании мастеров сплотившихся вокруг...
20297. Современная русская художественная культура 78 KB
  Художественная культура современной России. Однако в самой России творчество букеровских лауреатов постоянно вызывало неоднозначную реакцию поэтому в 1995 г. Тополь Завтра в России А. Читателю предлагается непривычная для РУС России было присуще стремление подняться над описательностью и бытовизмом найти тот единственный и точный конкретнозримый образ который воплотил бы в себе всю полноту и драматизм многогранной жизни.
20298. Реализм в сценическом искусстве Европы XIX века 63.5 KB
  Центральной фигурой театральной жизни рубежа XIX XX вв. Наряду с ростом прогрессивных тенденций в развитии европейского театра в последние десятилетия XIX в. все явственнее проявляются признаки глубокого идейнотворческого кризиса театральной культуры. Если раньше черты надвигающегося кризиса проявлялись в отрыве театра от большой литературы в натуралистическом перерождении критического реализма то в конце века театр приобретает иное свойство он становится выражением кризиса всей духовной культуры буржуазного мира.
20299. Значение фактуры, отделки и ткани в историческом и современном костюме 193.5 KB
  Как уже стало понятно за состояние костюмов их создание пошив эксплуатацию и чистку тоже отвечает заведующий ХПЧ как правило это чисто мужская должность которому подчиняется начальник костюмерного цеха. Читатель злорадно хихикая вполне может автора спросить к чему столько подробностей о закулисной жизни театра не пора ли начать рассказ о химической чистке театральных костюмов. Это максимум что может себе позволить рядовой театр оставляя на долю предприятия химической чистки 7080 женских и мужских костюмов пошитых в...
20300. Искусство постмодернизма 375 KB
  Искусство постмодернизма. Постмодернизм – основное направление современной философии искусства и науки. В контексте диалогизма хаос не только провоцируется на ответные выпады но и главное впервые пожалуй становится равноправным участником диалога с художником ПОСТМОДЕРНИЗМ В ИСКУССТВЕ фр. Постмодернизм представляет собой скорее умонастроение интеллектуальный стиль.
20301. Русская режиссура первой четверти XX века 108 KB
  Так как оба сезона Старинного театра предварялись программными статьями Евреинова диссертант соотносит теоретические манифестации и их сценическое воплощение. Примитивность исполнения и наивность чувств вот главные по мнению Евреинова качества средневекового актера. Как показывает автор исследования наиболее принципиальной была для Евреинова реконструкция публики ее непосредственного участия в сценическом действе. Пьеса Евреинова Три волхва должна были стать наглядным примером всетеатральности Средневековья в театре которого...
20302. Особенности применения техники в театре 57.5 KB
  Техника сцены прошлого и настоящего На протяжении всей своей истории театр использовал различные виды техники Уже в античном театре применялись трехгранные поворотные призмы так называемые телари или иначе периакты грани которых несли определенную изобразительную информацию а также знаменитое греческое полетное устройство Бог с машины. Правда для этого нужно особое устройство планшета сцены которое трудно сочетается с современными способами механизации сценического пола. Летали не только по направлениям параллельными рампе но и...