Вплив малих доз іонізуючого опромінення на організм людини

16

РЕФЕРАТ

Вплив малих доз іонізуючого опромінення на організм людини

Зміст

Вступ

1. Поняття малих доз

2. Ефекти опромінення в малих дозах

3. Ефекти хронічного опромінення за низьких потужностей поглинутих доз

4. Дія малих доз іонізуючого випромінювання на організм людини

5. Опромінення і репродуктивна функція людини

6. Онкогенні наслідки опромінення людини

7. Опромінення і тривалість життя людини

Висновки

Перелік посилань

Вступ

Вплив малих доз іонізуючого випромінювання на біологічні системи становить дуже важливу проблему радіобіології, яку на сьогодні ще до кінця не досліджено й не розв'язано. Нагальність цієї проблеми зумовлена тим, що дії малих доз іонізуючого випромінювання зазнаватимуть дедалі більше контингентів людей, а також представників біоти екосистем нашої планети. Розвиток ядерної енергетики, збільшення обсягів використання радіоактивних матеріалів у різних галузях техніки, нагромадження ядерних відходів атомних реакторів різного призначення незмінно супроводжуватимуться зростанням доз опромінення.

Для екстраполяції даних, добутих у радіобіологічних дослідженнях із використанням високих доз опромінення, на область малих доз потрібні особливі наукові підходи, що зумовлює певну специфічність проблеми біологічної дії іонізуючої радіації в малих дозах.

1. Поняття малих доз

Через те, що чітко не визначено, які дози слід вважати малими, спостерігається розбіжність у кількісних значеннях доз, котрі відносять до малих. Найчастіше, ґрунтуючись на довільних припущеннях, під малими розуміють дози, кількісні значення яких не більше ніж на один-два порядки перевищують значення доз, зумовлених природним рівнем опромінення. Оскільки останній характеризується потужностями поглинутої дози порядку 0,1...0,4 сГр/рік, то відповідно до малих належать дози 1...40 сГр. Це відповідає рекомендаціям Наукового комітету з дії атомної радіації (НКДАР).

За визначенням іншої міжнародної організації - Наукового комітету ООН з дії атомної радіації (UNSCEAR), малі дози опромінення становлять 0,2 Гр для іонізуючих випромінювань із низьким значенням ЛПЕ й 0,05 Гр - із високим за потужності поглинутої дози порядку 0,05 Гр/хв.

Іноді вважають, що малі дози іонізуючого випромінювання відповідають значенням, які на два або більше порядків менші за летальні.

В клінічній практиці під малими розуміють дози 0,5...1,0 Гр, у разі передавання яких не виявляються ефекти ураження.

Іноді малою вважають дозу, за якої починає проявлятися досліджуваний нелетальний ефект. Але різні радіобіологічні ефекти в одній і тій самій клітині проявляються у відповідь на опромінення в різних дозах. І тому одна й та сама доза щодо реакції найрадіостійкішої системи клітини буде малою, а щодо реакції решти систем - великою.

Оскільки таке визначення малої дози базується на використанні середнього значення числа влучань у мішень, а розподіл влучань відповідає статистичному розподілові Пуассона, то малій дозі реально відповідає таке значення, за якого в опромінюваній клітинній популяції будуть клітини, в мішені яких влучено більше ніж один раз, а також клітини, в мішені яких не влучено жодного разу. У випадку, коли влучання в мішень спричиняє інактивацію клітини, ініціюючи її проліферативну загибель, мала доза збігається з D₀.

Схарактеризований підхід відповідає умові, за якою в прояві радіобіологічної реакції клітинної популяції ніякої ролі не відіграють міжклітинні взаємодії. Якщо ж останні беруть участь у формуванні радіобіологічного ефекту, то може проявлятися залежність ефекту від інактивації певної кількості клітин, і тоді потрібні відповідні корегування у визначенні малих доз.

Як бачимо, попри різні визначення поняття малих доз, під ними розуміють такі значення доз опромінення, за яких реєструються радіобіологічні ефекти переважно нелетального характеру.

2. Ефекти опромінення в малих дозах

Під впливом іонізуючого випромінювання в малих дозах індукується низка ефектів, які не спостерігаються за опромінення в більших дозах.

Так само, як і за великих доз опромінення, під впливом малих доз проявляються стохастичні й детерміністичні ефекти.

До стохастичних ефектів належать хромосомні аберації, точкові мутації, трансформації клітин, інакше кажучи, ті радіобіологічні реакції, які не мають дозового порога.

Оскільки частота прояву стохастичних ефектів за дії малих доз є дуже низькою, їх кількісна оцінка є настільки непевною, що досі немає достатньо надійної підстави для вибору способу екстраполяції дозових залежностей біологічних ефектів іонізуючого випромінювання з діапазону великих доз на рівні малих доз опромінення.

До основних детерміністичних ефектів малих доз належать:

- адаптивна відповідь - зростання стійкості до дії підвищених доз іонізуючого випромінювання;

- стимуляція проліферативної активності бактеріальних, тваринних і рослинних клітин у культурі та in situ;

- інтенсифікація різних біохімічних і фізіологічних процесів унаслідок опромінення клітин і багатоклітинних організмів, яка може супроводжуватися загальною активацією процесів життєдіяльності організму, що виражається в посиленні росту, нагромадженні біомаси, прискоренні темпів розвитку (радіостимуляція, або радіаційний гормезис).

Адаптивна відповідь, яка має неспецифічний характер, зумовлює збільшення стійкості організму до дії несприятливих факторів різної природи. При цьому перевага організмів, у яких сформувалась адаптивна відповідь, над тими, що не отримували малої адаптувальної дози, виявлятиметься за несприятливих умов росту й розвитку. В цьому разі важко відрізнити наслідки індукції адаптивної відповіді від гормезису.

Ефекти малих доз не вичерпуються зазначеними вище явищами, неоднаково проявляючися в різних біологічних системах: так, виявлено зміни активності тимідинкінази, експресії низки генів, організації геному, індукцію апотозу.

3. Ефекти хронічного опромінення за низьких потужностей поглинутих доз

Відомості про дозові залежності ефектів хронічного опромінення за низьких потужностей поглинутих доз істотно поповнилися в результаті численних досліджень впливу радіонуклідних забруднень територій після чорнобильської катастрофи на різні організми, а також на людину.

Наприклад, показано, що за доз порядку 1...100 мкГр за один клітинний цикл у дрібних ссавців і риб істотно зростає частота структурних і геномних мутацій. При загальній поглинутій дозі порядку 10^-2 Гр у мишоподібних гризунів достовірно збільшується ембріональна смертність.

У людини вихід хромосомних аберацій за малих доз опромінення характеризується коефіцієнтами індукції порядку 10^-2 аберантних клітин на дозу 1 Гр.

У рослин вихід цитогенетичних ушкоджень у діапазоні доз 5...30 сГр достовірно перевищує спонтанний рівень, нелінійно залежачи від значення дози.

В разі хронічного опромінення за малих потужностей поглинутих доз спостерігаються порушення життєдіяльності різних видів тварин і рослин. Так, у безхребетних за умов хронічного опромінення гальмується розвиток, що здебільшого зумовлене зниженням репродуктивної функції. Чим довше триває фаза личинкового розвитку, тим вища чутливість організму до хронічного опромінення.

Згідно з концепцією, пролонгованого опромінення, дію хронічного опромінення за малих потужностей поглинутих доз розглядають як одночасний розвиток ефектів ушкодження (альтерувальні ефекти) й подразнення (стресові ефекти). Перші ефекти пов'язані з ушкодженням генетичних структур - хромосомними абераціями й загибеллю клітин, другі - з функціональними порушеннями внаслідок стресової реакції.

У тварин за малих потужностей поглинутих доз ефекти більше відображують наслідки подразнення, ніж радіаційного ушкодження. Про це свідчить переважна залежність ефекту не від сумарної дози опромінення, а від часу опромінення й потужності поглинутої дози. Соматичну патологію за таких умов пов'язують із нейрогормональною або клітинно-гуморальною системами.

Границя потужностей доз між ушкоджувальною й подразливою дією перевищує природний фон на три порядки.

4. Дія малих доз іонізуючого випромінювання на організм людини

У результаті дії іонізуючого випромінювання на організм людини в тканинах можуть виникати складні фізичні, хімічні та біологічні процеси. При цьому порушується нормальне протікання біохімічних реакцій та обмін речовин в організмі.

В залежності від поглинутої дози випромінювання та індивідуальних особливостей організму викликані зміни можуть носити зворотний або незворотний характер. При незначних дозах опромінення уражені тканини відновлюються. Тривалий вплив доз, які перевищують гранично допустимі межі, може викликати незворотні зміни в окремих органах або у всьому організмі й виразитися в хронічній формі променевої хвороби. Віддаленими наслідками променевого ураження можуть бути променеві катаракти, злоякісні пухлини.

При вивченні дії на організм людини іонізуючого випромінювання були виявлені такі особливості:

висока руйнівна ефективність поглинутої енергії іонізуючого випромінювання, навіть дуже мала його кількість може спричинити глибокі біологічні зміни в організмі;

присутність прихованого періоду негативних змін в організмі, він може бути досить довгим при опроміненнях у малих дозах;

малі дози можуть підсумовуватися чи накопичуватися;

випромінювання може впливати не тільки на даний живий

організм, а й на його нащадків (генетичний ефект);

різні органи живого організму мають певну чутливість до опромінення. Найбільш чутливими є: кришталик ока, червоний кістковий мозок, щитовидна залоза, внутрішні (особливо кровотворні) органи, молочні залози, статеві органи;

- різні організми мають істотні відмінні особливості реакції на

дози опромінення;

- ефект опромінення залежить від частоти впливу іонізуючого випромінювання. Одноразове опромінення у великій дозі спричиняє більш важкі наслідки, ніж розподілене у часі.

При одноразовому опроміненні всього тіла людини можливі такі біологічні порушення в залежності від сумарної поглинутої дози випромінювання:

До 0,25 Гр (25 рад) - видимих порушень немає;

0,25... 0,5 Гр (25... 50 рад) - можливі зміни в складі крові;

0,5... 1,0 Гр (50... 100 р - зміни в складі крові, нормальний стан працездатності порушується;

1,0... 2,0 Гр (100... 200 рад - порушується нормальний стан, можлива втрата працездатності;

2,0... 4,0 Гр (200... 400 рад) - втрата працездатності, можливі смертельні наслідки;

4,0... 5,0 Гр (400... 500 рад) - смертельні наслідки складають 50% від загальної кількості потерпілих;

6 Гр і більше (понад 600 рад) - смертельні випадки досягають 100% загальної кількості потерпілих;

10... 50 Гр (1000... 5000 рад) - опромінена людина помирає з 1-2 тижні від крововиливу в шлунково-кишковий тракт.

Доза 60 Гр (6000 рад) призводить до того, що смерть, як правило, настає протягом декількох годин або діб. Якщо доза опромінення перевищує 60 Гр, людина може загинути під час опромінення ("смерть під променем").

Репродуктивні органи та очі мають особливо високу чутливість до опромінення. Одноразове опромінення сім'яників при дозі лише 0,1 Гр (10 рад) призводить до тимчасової стерильності чоловіків, доза понад 2 Гр (200 рад) може призвести до сталої стерильності (чи на довгі роки). Яєчники менш чутливі, але дози понад 3 Гр (300 рад) можуть призвести до безпліддя. Для цих органів сумарна доза, отримана за кілька разів, більш небезпечна, ніж одноразова, на відміну від інших органів людини.

Очі людини уражаються при дозах 2...5 Гр (200...500 рад). Встановлено, що професійне опромінення із сумарною дозою 0,5...2 Гр (50...200 рад), отримане протягом 10-20 років, призводить до помутніння кришталика.

Небезпека радіоактивних елементів для людини визначається здатністю організму поглинати та накопичувати ці елементи. Тому при потраплянні радіоактивних речовин усередину організму уражаються ті органи та тканини, у яких відкладаються ті чи інші ізотопи: йод - у щитовидній залозі; стронцій - у кістках; уран і плутоній - у нирках, товстому кишечнику, печінці; цезій - у м'язовій тканині; натрій поширюється по всьому організму. Ступінь небезпеки залежить від швидкості виведення радіоактивних речовин з організму людини. Більша частина людських органів є мало чутливою до дії радіації. Так, нирки витримують сумарну дозу приблизно 23 Гр (2300 рад), отриману протягом п'яти тижнів, сечовий міхур - 55 Гр (5500 рад) за один місяць, печінка - 40 Гр (4000 рад) за місяць.

5. Опромінення і репродуктивна функція людини

Хронічний вплив випромінювання на статеві залози відомий в основному за результатами експериментів із різними лабораторними тваринами і значно меншою мірою - зі спостережень за людьми. Результати в обох випадках добре узгоджуються між собою.

Можна вважати, що в людини потужність поглиненої дози випромінювання 0,001 Гр/добу (0,1 рад/добу) через 1 - 2 роки призводить до зміни формули еякуляту і несталих дегенеративно-дистрофічних явищ у вигляді атрофії яєчок. Сумарна доза досягає в цих випадках 1 - 2,25 Гр (100 - 225 рад). Якщо потужність дози становить 0,005 - 0,1 Гр/добу (0,5 - 10 рад/добу), можна очікувати помітного зниження кількості активних сперматозоонів у еякуляті і зменшення маси яєчок, що потім змінюється поступовим відновленням нормального стану статевих залоз. Розвиток стійкої необоротної чоловічої стерильності можливий лише в осіб, що зазнали опромінення на ділянку яєчок (наприклад, під час променевої терапії) унаслідок поглинання дози до 30 - 40 Гр. Проте, якщо рефлекторні механізми статевого акту в чоловіків цілком сформувалися до опромінення, вони істотно не порушуються навіть у разі настання променевої стерильності. Причинами настання імпотенції звичайно є загальні гормонально-нервові розлади, що супроводжують хронічне опромінювання. Закономірності ураження і динаміки відновлення сперматогенезу відповідають закономірностям більшої чутливості до опромінення менш зрілих і менш диференційованих клітин органів, що формуються, і тканин.

На відміну від сперматогенезу, при оогенезі практично всі яйцеклітини, що містяться в яєчниках жінок, виникають ще в ембріональний період розвитку, а потім лише дозрівають. Тому, починаючи від потужності поглиненої дози випромінювання близько 0,01 Гр/добу (1 рад/добу), відбувається лише зменшення кількості первинних фолікулів яєчника, ступінь якого помітно не прогресує внаслідок щоденного зростання поглиненої дози випромінювання до 0,1 Гр (10 рад). Для виникнення жіночої стерильності сумарна поглинена доза випромінювання для яєчників має бути досить великою - близько 10 Гр (1000 рад). Проте жіноча стерильність набуває необоротного характеру внаслідок загибелі всіх первинних фолікулів, що мають приблизно однакову радіочутливість. Гормональні порушення, що впливають на цикли розвитку первинних фолікулів, можуть спостерігатися вже в разі потужності поглиненої дози випромінювання 0,001 - 0,01 Гр/добу (0,1 - 1 рад/добу) і сумарної дози у кілька десятих грея (десятків рад). Це, очевидно, майже не впливає на репродуктивну здатність організму жінок. Усі автори, що описують функцію статевого апарату жінок, які зазнали хронічного опромінювання за потужності поглинених доз 0,00001 - 0,0001 Гр/добу (0,001 - 0,01 рад/добу) і сумарних поглинених доз близько 0,4 Гр (40 рад), констатують незначні і порівняно рідкі зміни тривалості менструального циклу без будь-яких істотних відхилень у перебігу вагітностей, пологів і часу настання клімаксу. Стан немовлят у таких матерів також не відрізняється від норми. Це пов'язане як із внутрішньо-утробним «добором» ушкоджених яйцеклітин, так і з досить високою їх стійкістю до опромінення порівняно, наприклад, з ембріонами у віці 2-3 місяців.

6. Онкогенні наслідки опромінення людини

Розглянемо такі наслідки опромінення, як злоякісні пухлини різного гістогенезу, насамперед лейкоз.

Граничні дози при загальному опроміненні, а також такі, що найчастіше спричинюють лейкоз, дуже близькі за значенням для різних джерел зовнішнього опромінення. Що більша потужність дози, то вища ймовірність розвитку лейкозу. Чітка залежність розвитку лейкозу від потужності дози випромінювання є, таким чином, першою особливістю онкогенної дії випромінювання. У разі загального опромінення розвиток пухлинних процесів в органах кровотворення зумовлений як неспецифічною онкогенною дією іонізуючого випромінювання, пов'язаною зі складними ендокринними перебудовами, так і безпосереднім його впливом на репродукцію клітин крові. Поєднання обох обставин пояснює той факт, що лейкоз спостерігається частіше від інших, спричинених опроміненням злоякісних новоутворень.

Як свідчать дослідження на пацюках, підвищення частоти лейкозу у кілька разів порівняно з контролем слід очікувати за поглиненої дози 5 - 7 Гр у випадку одноразового загального опромінення і не менше ніж 12 - 15 Гр при фракціонованому. Зі зменшенням разової дози (в разі фракціонованого опромінення) до 0,044 - 0,088 Гр/добу (4,4 - 8,8 рад/добу) при сумарному її рівні 17 - 60 Гр частота лейкозу зростає порівняно з контролем в 1,2 - 1,5 раза.

Іншою особливістю онкогенної дії іонізуючого випромінювання є те, що виникнення лейкозу зумовлює не локальна (наприклад, на лімфатичні вузли), а інтегральна доза випромінювання, поглинена всією масою кровотворної тканини.

З урахуванням цих обставин і оцінок середні лейкогенні дози при тривалому опромінюванні кісткового мозку людини оцінюють у 5-35 Гр. Можна припустити, що загальне гостре опромінення за великих поглинених доз спричинює лейкоз значно частіше, ніж хронічний чи локальний вплив іонізуючого випромінювання, причому термін прояву променевого лейкозу від моменту опромінення звичайно становить близько 10 років. Так, кількість хворих на лейкоз у Хіросімі і Нагасакі серед осіб із поглиненою дозою випромінювання 10 - 14 Гр у 1960 - 1980 pp. Становила на рік на 1 млн населення приблизно 563 - 1366 чоловік, при дозі 0,02 - 0,14 Гр - 308 - 530, а при 0,3 - 2 Гр - 42 - 68 чоловік, що вже наближалося до контролю (10,7 чоловік на 1 мли населення). Зрозуміло, що розвиток лейкозу можливий далеко не у всіх осіб, які зазнали опромінення.

Опромінення зазвичай спричинює розвиток злоякісних пухлин не тільки в органах кровотворення, й в інших органах і тканинах, що відрізняються особливо високою проліферативною активністю, - яєчниках, яєчках і грудних залозах, шкірі. В усіх цих випадках загальне опромінення є більш канцерогенним, ніж локальне, а гостре опромінення - більше, ніж хронічне. Граничними поглиненими дозами, що ще не спричинюють розвитку пухлин яєчників, можна вважати 0,35 Гр (35 рад) для гострого і близько 0,9 Гр (90 рад) для хронічного опромінювання (досліди на мишах), проте чітких залежностей частоти пухлин від дози (при подальшому її підвищенні) виявити не вдається. Це саме загалом стосується і онкогенної дії радіонуклідів йоду на щитоподібну залозу.

Можна вважати, що для людини граничні дози онкогенної дії випромінювання перебувають у межах 0,5 - 5 Гр, однак точних даних немає, адже зі зменшенням дози частота онкогенної дії випромінювання швидко знижується. За даними літератури, для вірогідного розходження з контролем у разі поглиненої дози 0,1 Гр (10 рад) потрібно обстежувати вибіркові групи по 50 тис. чоловік, а 0,01 Гр (1 рад) - по 5 млн.

7. Опромінення і тривалість життя людини

Зазначене вище дає підстави вважати, що вихідний фон ендокринно-вегетативної регуляції є одним із найважливіших чинників, які зумовлюють як наслідки впливу на людину низьких доз випромінювання, так і дуже значні відмінності у чутливості до такого впливу різних індивідуумів. Стан ендокринної системи може мати велике значення й у прояві таких наслідків опромінення, як тривалість циклів розвитку і зміна клітинних популяцій у тканинах різних органів (кровотворні органи, епітелій слизових оболонок та ін.). Інтегрально все це може призводити до деякого скорочення тривалості життя при хронічних променевих впливах. Як свідчать розрахунки, в разі щоденного впливу поглиненої дози випромінювання 0,001 - 0,0001 Гр (0,1 - 0,01 рад) середня тривалість життя може зменшитися приблизно на 150 днів, тобто на 0,5 - 0,6 %, що навряд чи можна виявити на фоні інших коливань цього показника. Проте вірогідно встановлено, що сумарна поглинена доза 1,5 - 4 Гр (150 - 400 рад) при хронічному опромінюванні осіб старших вікових груп може прискорити вікові зміни кришталика і судин ока.

На відміну від людини, вплив опромінення на тривалість життя досить добре вивчено на мишах і пацюках. Так, випромінювання дозою 0,1 ЛД₅₀ призводить до скорочення загальної тривалості життя цих тварин на 2 - 3 %, і цей рівень зростає прямо пропорційно поглиненій дозі випромінювання. У разі хронічного впливу гамма-випромінювання (потужність поглиненої дози - 0,1 Гр, або 10 рад за тиждень) чи нейтронів (потужність дози - 0,01 Гр, або 1 рад за тиждень) спостерігається зменшення середньої тривалості життя приблизно на 10 %. Зменшення потужності поглиненої дози при хронічному опромінюванні нижче за 0,01 Гр/добу (1,0 рад/добу) не призводить до відмінності від контролю, а нижче за 0,001 Гр/добу (0,1 рад/добу) навіть трохи збільшує цей показник. Тому важко сказати, чи буде і як буде впливати на тривалість життя людини хронічне опромінювання, наприклад за потужності поглиненої дози 0,001 - 0,01 Гр/добу (0,1 - 1 рад/добу).

Висновки

Як бачимо, попри різні визначення поняття малих доз, під ними розуміють такі значення доз опромінення, за яких реєструються радіобіологічні ефекти переважно нелетального характеру.

Проблема біологічної дії малих доз іонізуючого випромінювання залишається надзвичайно важливою з огляду на необхідність достовірної оцінки ступеня небезпеки малих доз для здоров'я людини й унормування дозових навантажень.

Ймовірність захворіти на рак знаходиться в прямій залежності від дози опромінення. Перше місце серед онкологічних захворювань займають лейкози. Їх дія, що веде до загибелі людей, виявляється приблизно через 10 років після опромінення.

Перелік посилань

1. Гродзинський Д.М. Радіобіологія: Підручник. - К.: Либідь, 2000. - 448с.

2. В.О. Кіцно, С.В Поліщук, І.М. Гудков. Основи радіобіології та радіоекології: Навч. посіб. - 3-тє вид-ня випр. та доповн. - К.: «Хай-Тек Прес», 2010. - 320

3. Куклахмедов Ю.О. та ін. Основи радіоекології: Навч. посіб./ Ю.О. Куклахмндов, В.І Корогодін, В.К. Кольтовер; За ред.. В.П. Зотова. К: Вища шк., 2003. - 319с. іл.

4. Желібо Є.П., Заверуха Н.М., Зацарний В.В. Безпека життєдіяльності: навч. посібник для студ. ВНЗ, 3-тє вид./ за ред. Є. П. Желібо.-К.: Каравела, 2004. -- 328 с.

5. Яремко З.М. Безпека життєдіяльності: навч. посібник - Київ: Центр навчальної літератури, 2005. -- 320 с.